Mecanismo de Reação

REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 ETAPAS DE UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 3 ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO em reações nãobiológicas ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion SN2 reação concertada ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara SN1 reação em múltiplas etapas ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 5 Salbutamol ligado ao receptor βadrenérgico Complementaridade estereoquímica espacial Interações conformação preferida forças de ligação SN2 X SN1 DIAGRAMAS DE ENERGIA SN2 SN1 7 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 8 SN2 ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador FATORES ESTÉRICOS influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável Carbono 1ário 2ário 3ário SN1 saída do grupo abandonador e formação de carbocátion seguido por ataque nucleofílico sobre o carbocátion ESTABILIZAÇÃO DO CARBOCÁTION por efeito indutivo I hiperconjugação favorável Carbono 3ário 2ário 1ário McMurry J Química Orgânica trad 9ª ed v1 Cengage 2016 SolomonsG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 REVISANDO CONCEITOS NUCLEÓFILO Nucleófilos espécies ricas em elétrons que procuram centro de carga positiva núcleo tipicamente possuem carga negativa ou par de elétrons livre compostos com ligações alcenos alcinos aromáticos podem também atuar como nucleófilos poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade POLARIZABILIDADE relacionado ao volume do átomo distância dos elétrons do núcleo facilidade de polarização Ieda Sonehara 9 C e H não são grupos abandonadores REVISANDO CONCEITOS GRUPO ABANDONADOR íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 10 VELOCIDADE DE REAÇÃO PREDOMINÂNCIA DE MECANISMOS SN2 Eletrófilo Substrato fatores estéricos influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável C 1ário 2ário 3ário Nucleófilo forte fraco Grupo Abandonador efeito menos sensível que em SN1 SN1 Eletrófilo Substrato estabilidade do carbocátion influencia sua velocidade de formação favorável C 3ário 2ário 1ário Nucleófilo fraco forte permite competição com SN2 Grupo Abandonador estabilidade importante grupos altamente estabilizados Ieda Sonehara 11 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE ISOPRENOIDES Ieda Sonehara 12 enzima geranilpirofosfato sintase isoprenoides intermediários na síntese de terpenos e esteróis grupo abandonador pirofosfato nucleófilo elétrons Ieda Sonehara 13 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ENZIMAS CATALISADORES BIOLÓGICOS Catalisadores promovem aumento da velocidade de reação por estabilização do estado de transição diminuindo a energia de ativação participam do mecanismo da reação porém não são consumidos Mecanismos possíveis da catálise enzimática posicionamento de moléculas reagentes próximas uma da outra no sítio ativo precisamente na orientação necessária para reação ligação de substratos de tal forma que assumam conformação adequadanecessária para reação aumento da reatividade dos substratos muitas vezes com participação de resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico estabilização dos estados de transição das etapas limitantes Ieda Sonehara 14 BERG et al Bioquímica Guanabara Koogan 2021 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Inibidores de ECA Ieda Sonehara 15 HARVISON PJ HARROLD MW 2020 LEMKE T et al 2017 No intermediário da reação catalisada pela ECA o carbono tetraédrico é hidrolisável Nos fármacos os carbonos indicados são tetraédricos porém não são suscetíveis à hidrólise INTERMEDIÁRIO TETRAÉDRICO REAÇÕES LABORATORIAIS VS REAÇÕES BIOLÓGICAS Laboratório Catalisadores mais comumente não biológicos ácidos bases metais de transição Solvente ampla variedade polaridade variável Mistura reacional altamente purificada em altas concentrações Temperatura variada pH reações ocorrem frequentemente em presença de ácidos ou bases fortes Organismo vivo Catalisadores enzimas Solvente meio aquoso celular Mistura reacional mistura complexa de diferentes biomoléculas em solução e em baixas concentrações nano a milimolar Temperatura faixa estreita específica para o organismo pH solução aquosa tamponada para pH específico cerca de 70 para maioria dos organismos vivos Ieda Sonehara 16 PRATICANDO 1 Para cada composto abaixo verifique se o grupo abandonador forma um carbocátion estável necessário para reações SN1 17 Identifique se os nucleófilos abaixo favorecem SN1 ou SN2 a H2O b NaOH c CH3SH d CH3ONa e NH3 f CH3MgBr reagente de Grignard forma CH3 como nucleófilo Sugestão desenhe as formas de ressonância do carbocátion Ieda Sonehara PRATICANDO 2 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Ieda Sonehara 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 REARRANJO DE CARBOCÁTION ocorre sempre que o resultado for um carbocátion mais estável sempre que houver formação de carbocátion qualquer que seja o tipo de reação há a possibilidade de rearranjo dois rearranjos mais comuns deslocamento de hidreto e deslocamento de metila 20 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara ANÁLISE DE REARRANJO EXEMPLO 21 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM REAÇÕES SN1 22 o rearranjo ocorre entre a dissociação do grupo abandonador e o ataque nucleofílico geralmente é obtida mistura de produtos resultante de ataque do nucleófilo antes ou após o rearranjo Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SÍNTESE DE ESQUALENO grupo preesqualenopirofosfato liberado gerando um carbocation primario em C1 migração de elétrons da ligação C1C3 ao C1 formando ligação C1C1 e carbocation terciario em C3 adicao de ion hidreto fornecido pelo NADPH ao C1 e formacao da ligacao dupla C2C3 23 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Ieda Sonehara Grupo abandonador PRATICANDO 4 24 Lembrese que a existência de formas de ressonância é um fator de estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA Reações com nucleófilos de oxigênio Reações com nucleófilos de nitrogênio Reações com nucleófilos de carbono Redução nucleófilo de hidrogênio 25 Ied a Son eha ra NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO ÁGUA ÁLCOOL reversão das reações de formação de haletos de alquila reação de haleto de alquila com água resulta em álcool reação de haleto de alquila com álcool resulta em éter mecanismo SN1 ou SN2 dependendo das condições de reação em presença de base forte há a possibilidade de competição com reações de eliminação similar para síntese de tioéteres e tióis 26 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO AMINAS reação SN2 em meio básico amina em forma neutra nucleófilo resulta em nova amina novo nucleófilo reação prossegue até a formação de sal de amônio quaternário 27 base necessária para remoção de próton Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS reagentes que possuem ou formam carbonos com carga negativa cianetos e reagentes organometálicos Cianetos uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico Acetilidas obtidas por tratamento de acetilenos terminais alcinos terminais com base forte NaNH2NH3 ânion acetilida atua como nucleófilo Reagentes de Grignard RMgBr e ArMgBr produtos da reação de um haleto de alquila ou arila geralmente brometo com magnésio metálico Mg0 em solução de éter grupo R ou Ar no reagente de Grignard comportase como carbânion podendo agir como nucleófilo nas reações orgânicas reagem com água formando hidrocarbonetos reações utilizando estes reagentes devem ocorrer em condições anidras Ieda Sonehara 28 NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reação com cianeto CN formação de nitrila e extensão da cadeia carbônica do substrato em 1 carbono redução de nitrila resulta em amina hidrólise ácida de nitrila resulta em ácido carboxílico 29 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reações com reagentes organometálicos extensão da cadeia de carbono reagentes de Grignard RMgBr ArMgBr acetilidas RCC 30 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO REDUÇÃO nucleófilo hidreto ânion hidretometal fornecido por complexos de hidretos metálicos LiAlH4 LAH ou HAL hidreto de lítio e alumínio NaBH4 boroidreto de sódio resulta em substituição do grupo abandonador por hidrogênio redução do substrato 31 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Qual o produto da reação de brometo de metila com cada um dos reagentes abaixo e por qual mecanismo ela ocorre HO H2N H2S HS CH3O CH3NH2 32 Ieda Sonehara RESUMO INTERCONVERSÃO VIA SN2 33 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO1 considere rearranjo de carbocátion ressonância 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO2 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES BIOLÓGICAS METILAÇÃO EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SAM Sadenosilmetionina agente de metilação transferência de 1C obtido por reação SN2 entre ATP e metionina transfere metila para diversos grupos durante processos de biossíntese 39 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara FOSFORILAÇÃO POR QUINASES GLICOSE6FOSFATO quinases catalisam transferência de grupo fosfato de ATP para um álcool aceptor hexoquinase catalisa fosforilação de hexoses formação de complexo ternário glicoseMg2ATP complexação de Mg2 com cargas negativas do ATP tornando átomo P mais acessível para o ataque nucleofílico pelo 6OH da glicose Ieda Sonehara 40 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 AGENTES ALQUILANTES ANTINEOPLÁSICOS MOSTARDAS DE NITROGÊNIO Mostarda de enxofre agente alquilante de alta toxicidade promove formação de ligações cruzadas no DNA Mostarda de nitrogênio menor toxicidade diminuição da nucleofilicidade mecloretamina clorambucila melfalano 41 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Outras reações de substituição SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Síntese a partir de álcoois Síntese apartir de éteres 42 SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Os haletos de alquila podem ser sintetizados a partir de álcoois e éteres através de reações de substituição nucleofílica OH e OR grupos abandonadores pobres protonação em meio ácido favorece reações por formar bons grupos abandonadores aminas não são reativas o suficiente para sofrer reações de substituição mesmo protonadas 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN1 44 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 competição com reação de eliminação Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN1 45 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN2 46 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN2 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 7 Reações de Substituição teoria exercícios seções 7179 48 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 9 Reações de Substituição teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Competição com reações de Substituição Nucleofílica REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Substituição grupo abandonador substituído por nucleófilo Eliminação remoção de próton da posição juntamente com grupo abandonador formando ligação dupla síntese de alcenos eliminação ou eliminação 12 ocorre com qualquer bom grupo abandonador 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO MECANISMO GERAL E2 reação concertada velocidade de reação depende da concentração de ambos os reagentes nucleófilo e eletrófilo E1 reação em múltiplas etapas velocidade de reação depende da concentração do nucleófilo 51 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 52 REAÇÃO DE SUBSTRATO TERCIÁRIO NUCLEÓFILO VS BASE nucleófilos e bases espécies ricas em elétrons NUCLEÓFILO capaz de atacar um carbono eletrofílico BASE capaz de abstrair capturar um próton na posição ao grupo abandonador 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E2 REAÇÕES CONCERTADAS remoção de próton por uma base com expulsão simultânea do grupo abandonador reação concertada não existe intermediário 54 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE ZAITSEV produto principal ALCENO MAIS SUBSTITUÍDO produto de Zaitsev formação do alceno mais estável mais substituído estabilização do estado de transição pelo efeito doador de elétrons das alquilas 55 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE HOFMANN fatores estéricos conformação favorável ao ataque leva ao PRODUTO MENOS SUBSTITUÍDO produto de Hoffmann grupo abandonador de grande volume nucleófilo de grande volume 56 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 BASES VOLUMOSAS possibilidade de controle da regioquímica da reação pela escolha da base utilizada na reação E2 bases volumosas tertbutóxido de potássio tBuOK diisopropilamida de lítio LDA trietillamina 57 Ieda Sonehara PREVISÃO DE REGIOSSELETIVIDADE 58 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 9 59 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 10 60 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E1 REAÇÕES EM MÚLTIPLAS ETAPAS reação em duas etapas saída do grupo abandonador com formação de intermediário carbocátion e perda de próton em etapa separada geralmente acompanhada de reação competitiva SN1 com formação de mistura de produtos Regioquímica produto de Zaitsev 61 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REAÇÕES DE ÁLCOOIS MEIO ÁCIDO FORTE HO grupo abandonador ruim necessita transformação em bom grupo abandonador tratamento com ácido sulfúrico ácido forte formando OH2 levando a uma desidratação Ieda Sonehara 62 condições muito ácidas não se pode utilizar nucleófilos fortes resultaria em reação ácidobase uso de bases fracas HSO4 ou água sob aquecimento utilizada para conversão de álcoois em alcenos Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REARRANJO DE CARBOCÁTION Ieda Sonehara 63 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 E1 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE HISTIDINA Ieda Sonehara 64 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 His aminoácido essencial nãosintetizado por mamíferos etapa desidratação de imidazolglicerolfosfato catalisada por imidazolglicerolfosfatodesidratase EC 42119 resultando em imidazol acetofosfato PRATICANDO 11 Ieda Sonehara 65 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 DESAFIO 3 considere rearranjo de carbocátion eou ressonância onde pertinente Ieda Sonehara 66 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO A reação de eliminação compete com as reações de substituição nucleofílica Eliminação favorecida sobre SN quando uso de bases fortes como nucleófilos fatores estéricos envolvidos bases volumosas substituintes volumosos próximos um ao outro no substrato altas temperaturas e baixa polaridade do solvente 67 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO ANÁLISE Analisar reagente função nucleófilo base ou ambos determina qual reação ocorre E ou SN volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN Analisar substrato volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN centro de reação primário secundário ou terciário determina mecanismo da reação 1ª ou 2ª ordem Considerar requisitos estereoquímicos e regioquímicos determina qual produto é formado racemização ou inversão de configuração em reações SN produtos de Zaitsev or Hofmann em reações de Eliminação isômeros E ou Z em reações de Eliminação 68 Ieda Sonehara NATUREZA DO REAGENTE 69 Reações SN SN1 SN2 Reações E E2 SN1 SN2 E1 E2 E2 SN2 Competição E SN Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 70 na ausência de bases fortes não há possibidade de reações de eliminação o tipo de reação SN depende da possibilidade de estabilização do carbocátion SN1 ou da facilidade de acesso ao centro deficiente em carbonos SN2 em C 2ário há favorecimento de reação SN2 por ser uma reação que ocorre mais rapidamente o determinante é muitas vezes o tipo de solvente polares apróticos favorecem SN2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 71 na presença de reagentes que atuam somente como bases não ocorrem reações SN normalmente são bases fortes com o ataque ocorrendo rapidamente e impedindo um mecanismo E1 reações de eliminação não são sensíveis a impedimento estérico do centro deficiente em elétrons ocorrendo independentemente do tipo de carbono 1ário 2ário ou 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 72 em presença de substrato C 1ário e reagente nãoimpedidos estericamente a reação SN2 é predominante em substratos com algum impedimento estérico C 2ário a reação E2 ocorre mais rapidamente que SN2 a reação SN2 não ocorre em substratos com C impedido estericamente C 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 73 as reações em presença de nucleófilobase fracos não são eficientes excessivamente lentas no C 1ário ou apresentam mistura excessiva de produtos no C 2ário exceção reação de álcool 2ário em presença de H2SO4 e aquecimento reação E1 únicas reações possíveis são em C 3ário com favorecimento de reações E1SN1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA RESUMO SOMENTE NUCLEÓFILO SOMENTE BASE NUCLEÓFILO FORTE BASE FORTE NUCLEÓFILO FRACO BASE FRACA C PRIMÁRIO SN2 E2 SN2 E2 impraticável lento C SECUNDÁRIO SN2 SN1 E2 E2 SN2 impraticável lento e mistura de produtos exceto álcool 2ário em ácido E1 C TERCIÁRIO SN1 E2 E2 SN1 E1 altas temperaturas favorecem E1 74 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E ESTEREOQUÍMICA SNE RESUMO REAÇÃO RESULTADO REGIOQUÍMICO RESULTADO ESTEREOQUÍMICO SN2 Nucleófilo ataca a posição onde o grupo abandonador está conectado Nucleófilo substitui o grupo abandonador com inversão de configuração SN1 Nucleófilo ataca o carbocátion resultante da saída do grupo abandonador Nucleófilo substitui o grupo abandonador com racemização E2 Produto de Zaitsev geralmente favorecido Uso de base estericamente volumosa leva ao produto de Hoffmann Estereosseletivo e estereoespecífico Alceno trans favorecido Se a posição do substrato possuir somente um próton o alceno resultante de eliminação antiperiplanar será obtido na maioria dos casos exclusivamente E1 Produto de Zaitsev sempre favorecido Estereosseletivo Alceno trans favorecido 75 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO SÍNTESE DE IPP Ieda Sonehara 76 SN2 PRATICANDO 12 1 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 1bromobutano com os reagentes abaixo a NaOH b NaSH c tBuOK d NaOMe 2 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromopentano com os reagentes abaixo a NaOEt b NaOH c tBuOK 3 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromo2metilpentano com os reagentes abaixo a EtOH b NaI c NaOEt d NaOH 77 Prática extra forneça os produtos das reações Ieda Sonehara PRATICANDO 13 considere ressonância A reação abaixo produz mistura de vários produtos incluindo os quatro representados A D Represente o mecanismo de formação de cada um destes quatro produtos Ieda Sonehara 78 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 8 Alquenos Estrutura e Preparação via Reações de Eliminação teoria exercícios seções 81 85814 79 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 10 Reações de Eliminação teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BERG JM TYMOCZKO JL GATTO JR GJ STRYER L Bioquímica 9ª ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2021 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 1 NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 2v Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 v1 e httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRYHLE CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 80 Ieda Sonehara ESPECTROSCOPIA Profª Ieda Sonehara técnica de análise da estrutura de moléculas baseada na absorção diferencial da radiação eletromagnética tipos infravermelho ressonância magnética nuclear ultravioleta exceção espectrometria de massa EM Ieda Sonehara 2 moléculas absorvem radiação em quantidades discretas de energia quanta energia absorvida provoca movimento de elétrons ou núcleos excitação diferentes tipos de excitação ocorrem em diferentes energias RX alta energia promovem elétrons das camadas interiores do átomos para camadas mais externas transição eletrônica radiação UVvisível excita elétrons de camada de valência geralmente de orbital molecular ligante completo a orbital antiligante vazio radiação IV excitação vibracional das ligações das moléculas radiação de microondas rotação das ligações rádio alterações de alinhamento do spin nuclear em campo magnético Ieda Sonehara 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 4 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO moléculas que absorvem no IV possuem movimentos de deformação axial das ligações deformações angulares em geral e modos de combinação de duas vibrações diferentes vibrações angulares possuem intensidade mais fraca e se sobrepõem a outras ESTIRAMENTO DOBRAMENTO stretching272253 bending866256 Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 excitação de uma molécula de um nível vibracional a outro ocorre quando o composto absorve radiação IV de determinada energia comprimento de onda ou frequência aumento da amplitude da vibração apenas ligações que possuem momento dipolo são capazes de absorver energia no infravermelho Ieda Sonehara posições das linhas de absorção dependem do tipo de grupo funcional presente absorções caracterizadas pelo comprimento de onda da luz absorvida em micrômetros OU pelo seu valor recíproco o número de onda 1 em cm1 número de onda é diretamente proporcional à energia espectro típico varia entre 400 e 4000 cm1 espectro apresenta padrão único para cada substância Ieda Sonehara 8 httpswww2chemistrymsuedufacultyreuschVirtTxtJmlSpectrpyInfraRedinfraredhtm Ieda Sonehara 9 All methanol vibrational modes httpswwwyoutubecomwatchviy8rguvGnM Ieda Sonehara 10 ligação covalente comportase como molas ligando os átomos vibração dos átomos ocorre somente em determinadas frequências níveis de energia quantizados frequência das vibrações dos átomos depende da energia de ligação entre eles e dos pesos atômicos Lei de Hooke Ieda Sonehara 11 movimentos de dobramento ocorrem em energias mais baixas frequências mais baixas do que movimentos de estiramento ligações entre átomos de massas maiores vibram em frequências mais baixas do que entre átomos mais leves envolvento o mesmo tipo de ligação Ieda Sonehara 12 estiramento Csp3H alcanos dobramento Csp3H alcanos noctano Ieda Sonehara 13 estiramento Csp3H alcanos estiramento CO dobramento Csp3H alcanos dipropil éter Ieda Sonehara 14 influência de hibridização ligações mais fortes na ordem sp sp2 sp3 vibram em regiões mais altas influência de ressonância pode provocar aumento de distância de ligações duplas dando característica de ligação simples Ieda Sonehara 15 intensidade da banda de absorção é proporcional à polaridade da ligação a intensidade também é função do número de ligações responsáveis pela absorção banda de absorção de estiramento CH mais intensa para iodeto de octila 17 ligações CH do que para iodeto de metila 3 ligações CH Ieda Sonehara 16 estiramento Csp3H alcanos estiramento Csp2H alcenos estiramento CspH alcinos 1etinilcicloexeno estiramento alcinos estiramento CC alcenos dobramento Csp3H alcanos dobramento CC alcenos Ieda Sonehara 17 frequências características forma e intensidade dos picos intensidade proporcional à diferença de dipolo polaridade Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 18 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 19 ligação OH é enfraquecida quando há formação de ligações de H diferentes graus de enfraquecimento em diferentes moléculas em um dado momento diferentes frequências de estiramento OH alargamento do sinal em soluções concentradas em solvente onde não há possibilidade de formação de ligação H o sinal é estreito OH livre em soluções diluídas parte das moléculas forma ligações de H e parte não forma presença de dois picos estreito largo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 20 semelhante a álcoois porém mais pronunciado capacidade de fazer duas ligações de H sinal muito largo que se sobrepõe a CH em torno de 2900 cm1 acompanhado de sinal largo de CO logo acima de 1700 cm1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 21 ácido pentanóico BRUICE PY Química Orgânica v1 4ª ed Pearson 2006 Ieda Sonehara 22 amina primárias apresentam dois sinais dupleto 3350 e 3450 cm1 duas ligações NH a combinação dos estiramentos pode ser simétrico em fase ou assimétrico fora de fase gerando sinais em frequências diferentes aminas secundárias apresentam apenas um sinal singleto semelhante ao que ocorre com CH de metila Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 continua Ieda Sonehara 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 25 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 27 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 28 PENTANO REGIÃO DE IMPRESSÃO DIGITAL HEXANO 1HEXENO Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 Ieda Sonehara 29 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 30 Carbonyl Stretching Frequencies The exact position of the carbonyl band in the 17601665 cm1 range is determined by the constituents neighboring the carbonyl group Some examples are range type of carbonyl examples 17501735 cm1 saturated aliphatic esters 17401720 cm1 saturated aliphatic aldehydes 17301715 cm1 α βunsaturated esters 1715 cm1 saturated aliphatic ketones 17101665 cm1 α βunsaturated aldehydes and ketones BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 32 FREQUÊNCIAS DE ABSORÇÃO padrões de substituição em compostos aromáticos Ieda Sonehara 33 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 34 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 36 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 37 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 38 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 39 SDBS httpssdbsdbaistgojp NIST Chemistry WebBook httpwebbooknistgovchemistry Ieda Sonehara 40 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE PY Organic Chemistry 4th ed v1 Upper Saddle River Prentice Hall 2004 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 MCMURRY J Química Orgânica Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage Learning 2016 v1 cap 12 PAVIA DL LAMPMAN GM KRIZ GS VYVYAN JR Introdução à Espectroscopia Tradução da 5ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2015 SILVERSTEIN RM WEBSTER FX KIEMLE DJ BRYCE DL Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos 8ª ed Rio de Janeiro LTC 2019 ANIMAÇÕES ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY EDUCATION Infrared IR Spectroscopy httpsedurscorgresourcesinfraredirspectroscopy4010243article Acesso em 12072020 Ieda Sonehara 41 REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 ETAPAS DE UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 3 ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO em reações nãobiológicas ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion SN2 reação concertada ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara SN1 reação em múltiplas etapas ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 5 Salbutamol ligado ao receptor βadrenérgico Complementaridade estereoquímica espacial Interações conformação preferida forças de ligação 27 Isômeros RS encaixe no alvo 33 SN2 X SN1 DIAGRAMAS DE ENERGIA SN2 SN1 7 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 8 SN2 ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador FATORES ESTÉRICOS influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável Carbono 1ário 2ário 3ário SN1 saída do grupo abandonador e formação de carbocátion seguido por ataque nucleofílico sobre o carbocátion ESTABILIZAÇÃO DO CARBOCÁTION por efeito indutivo I hiperconjugação favorável Carbono 3ário 2ário 1ário McMurry J Química Orgânica trad 9ª ed v1 Cengage 2016 SolomonsG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 REVISANDO CONCEITOS NUCLEÓFILO Nucleófilos espécies ricas em elétrons que procuram centro de carga positiva núcleo tipicamente possuem carga negativa ou par de elétrons livre compostos com ligações alcenos alcinos aromáticos podem também atuar como nucleófilos poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade POLARIZABILIDADE relacionado ao volume do átomo distância dos elétrons do núcleo facilidade de polarização Ieda Sonehara 9 C e H não são grupos abandonadores REVISANDO CONCEITOS GRUPO ABANDONADOR íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 10 VELOCIDADE DE REAÇÃO PREDOMINÂNCIA DE MECANISMOS SN2 Eletrófilo Substrato fatores estéricos influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável C 1ário 2ário 3ário Nucleófilo forte fraco Grupo Abandonador efeito menos sensível que em SN1 SN1 Eletrófilo Substrato estabilidade do carbocátion influencia sua velocidade de formação favorável C 3ário 2ário 1ário Nucleófilo fraco forte permite competição com SN2 Grupo Abandonador estabilidade importante grupos altamente estabilizados Ieda Sonehara 11 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE ISOPRENOIDES Ieda Sonehara 12 enzima geranilpirofosfato sintase isoprenoides intermediários na síntese de terpenos e esteróis grupo abandonador pirofosfato nucleófilo elétrons Ieda Sonehara 13 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ENZIMAS CATALISADORES BIOLÓGICOS Catalisadores promovem aumento da velocidade de reação por estabilização do estado de transição diminuindo a energia de ativação participam do mecanismo da reação porém não são consumidos Mecanismos possíveis da catálise enzimática posicionamento de moléculas reagentes próximas uma da outra no sítio ativo precisamente na orientação necessária para reação ligação de substratos de tal forma que assumam conformação adequadanecessária para reação aumento da reatividade dos substratos muitas vezes com participação de resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico estabilização dos estados de transição das etapas limitantes Ieda Sonehara 14 BERG et al Bioquímica Guanabara Koogan 2021 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Inibidores de ECA Ieda Sonehara 15 HARVISON PJ HARROLD MW 2020 LEMKE T et al 2017 No intermediário da reação catalisada pela ECA o carbono tetraédrico é hidrolisável Nos fármacos os carbonos indicados são tetraédricos porém não são suscetíveis à hidrólise INTERMEDIÁRIO TETRAÉDRICO REAÇÕES LABORATORIAIS VS REAÇÕES BIOLÓGICAS Laboratório Catalisadores mais comumente não biológicos ácidos bases metais de transição Solvente ampla variedade polaridade variável Mistura reacional altamente purificada em altas concentrações Temperatura variada pH reações ocorrem frequentemente em presença de ácidos ou bases fortes Organismo vivo Catalisadores enzimas Solvente meio aquoso celular Mistura reacional mistura complexa de diferentes biomoléculas em solução e em baixas concentrações nano a milimolar Temperatura faixa estreita específica para o organismo pH solução aquosa tamponada para pH específico cerca de 70 para maioria dos organismos vivos Ieda Sonehara 16 PRATICANDO 1 Para cada composto abaixo verifique se o grupo abandonador forma um carbocátion estável necessário para reações SN1 17 Identifique se os nucleófilos abaixo favorecem SN1 ou SN2 a H2O b NaOH c CH3SH d CH3ONa e NH3 f CH3MgBr reagente de Grignard forma CH3 como nucleófilo Sugestão desenhe as formas de ressonância do carbocátion Ieda Sonehara PRATICANDO 2 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Ieda Sonehara 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 REARRANJO DE CARBOCÁTION ocorre sempre que o resultado for um carbocátion mais estável sempre que houver formação de carbocátion qualquer que seja o tipo de reação há a possibilidade de rearranjo dois rearranjos mais comuns deslocamento de hidreto e deslocamento de metila 20 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara ANÁLISE DE REARRANJO EXEMPLO 21 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM REAÇÕES SN1 22 o rearranjo ocorre entre a dissociação do grupo abandonador e o ataque nucleofílico geralmente é obtida mistura de produtos resultante de ataque do nucleófilo antes ou após o rearranjo Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SÍNTESE DE ESQUALENO grupo preesqualenopirofosfato liberado gerando um carbocation primario em C1 migração de elétrons da ligação C1C3 ao C1 formando ligação C1C1 e carbocation terciario em C3 adicao de ion hidreto fornecido pelo NADPH ao C1 e formacao da ligacao dupla C2C3 23 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Ieda Sonehara Grupo abandonador PRATICANDO 4 24 Lembrese que a existência de formas de ressonância é um fator de estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA Reações com nucleófilos de oxigênio Reações com nucleófilos de nitrogênio Reações com nucleófilos de carbono Redução nucleófilo de hidrogênio 25 Ied a Son eha ra NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO ÁGUA ÁLCOOL reversão das reações de formação de haletos de alquila reação de haleto de alquila com água resulta em álcool reação de haleto de alquila com álcool resulta em éter mecanismo SN1 ou SN2 dependendo das condições de reação em presença de base forte há a possibilidade de competição com reações de eliminação similar para síntese de tioéteres e tióis 26 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO AMINAS reação SN2 em meio básico amina em forma neutra nucleófilo resulta em nova amina novo nucleófilo reação prossegue até a formação de sal de amônio quaternário 27 base necessária para remoção de próton Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS reagentes que possuem ou formam carbonos com carga negativa cianetos e reagentes organometálicos Cianetos uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico Acetilidas obtidas por tratamento de acetilenos terminais alcinos terminais com base forte NaNH2NH3 ânion acetilida atua como nucleófilo Reagentes de Grignard RMgBr e ArMgBr produtos da reação de um haleto de alquila ou arila geralmente brometo com magnésio metálico Mg0 em solução de éter grupo R ou Ar no reagente de Grignard comportase como carbânion podendo agir como nucleófilo nas reações orgânicas reagem com água formando hidrocarbonetos reações utilizando estes reagentes devem ocorrer em condições anidras Ieda Sonehara 28 NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reação com cianeto CN formação de nitrila e extensão da cadeia carbônica do substrato em 1 carbono redução de nitrila resulta em amina hidrólise ácida de nitrila resulta em ácido carboxílico 29 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reações com reagentes organometálicos extensão da cadeia de carbono reagentes de Grignard RMgBr ArMgBr acetilidas RCC 30 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO REDUÇÃO nucleófilo hidreto ânion hidretometal fornecido por complexos de hidretos metálicos LiAlH4 LAH ou HAL hidreto de lítio e alumínio NaBH4 boroidreto de sódio resulta em substituição do grupo abandonador por hidrogênio redução do substrato 31 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Qual o produto da reação de brometo de metila com cada um dos reagentes abaixo e por qual mecanismo ela ocorre HO H2N H2S HS CH3O CH3NH2 32 Ieda Sonehara RESUMO INTERCONVERSÃO VIA SN2 33 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO1 considere rearranjo de carbocátion ressonância 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO2 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES BIOLÓGICAS 38 METILAÇÃO EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SAM Sadenosilmetionina agente de metilação transferência de 1C obtido por reação SN2 entre ATP e metionina transfere metila para diversos grupos durante processos de biossíntese 39 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara FOSFORILAÇÃO POR QUINASES GLICOSE6FOSFATO quinases catalisam transferência de grupo fosfato de ATP para um álcool aceptor hexoquinase catalisa fosforilação de hexoses formação de complexo ternário glicoseMg2ATP complexação de Mg2 com cargas negativas do ATP tornando átomo P mais acessível para o ataque nucleofílico pelo 6OH da glicose Ieda Sonehara 40 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 AGENTES ALQUILANTES ANTINEOPLÁSICOS MOSTARDAS DE NITROGÊNIO Mostarda de enxofre agente alquilante de alta toxicidade promove formação de ligações cruzadas no DNA Mostarda de nitrogênio menor toxicidade diminuição da nucleofilicidade mecloretamina clorambucila melfalano 41 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Outras reações de substituição SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Síntese a partir de álcoois Síntese apartir de éteres 42 SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Os haletos de alquila podem ser sintetizados a partir de álcoois e éteres através de reações de substituição nucleofílica OH e OR grupos abandonadores pobres protonação em meio ácido favorece reações por formar bons grupos abandonadores aminas não são reativas o suficiente para sofrer reações de substituição mesmo protonadas 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN1 44 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 competição com reação de eliminação Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN1 45 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN2 46 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN2 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 7 Reações de Substituição teoria exercícios seções 7179 48 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 9 Reações de Substituição teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Competição com reações de Substituição Nucleofílica REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Substituição grupo abandonador substituído por nucleófilo Eliminação remoção de próton da posição juntamente com grupo abandonador formando ligação dupla síntese de alcenos eliminação ou eliminação 12 ocorre com qualquer bom grupo abandonador 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO MECANISMO GERAL E2 reação concertada velocidade de reação depende da concentração de ambos os reagentes nucleófilo e eletrófilo E1 reação em múltiplas etapas velocidade de reação depende da concentração do nucleófilo 51 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 52 REAÇÃO DE SUBSTRATO TERCIÁRIO NUCLEÓFILO VS BASE nucleófilos e bases espécies ricas em elétrons NUCLEÓFILO capaz de atacar um carbono eletrofílico BASE capaz de abstrair capturar um próton na posição ao grupo abandonador 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E2 REAÇÕES CONCERTADAS remoção de próton por uma base com expulsão simultânea do grupo abandonador reação concertada não existe intermediário 54 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE ZAITSEV produto principal ALCENO MAIS SUBSTITUÍDO produto de Zaitsev formação do alceno mais estável mais substituído estabilização do estado de transição pelo efeito doador de elétrons das alquilas 55 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE HOFMANN fatores estéricos conformação favorável ao ataque leva ao PRODUTO MENOS SUBSTITUÍDO produto de Hoffmann grupo abandonador de grande volume nucleófilo de grande volume 56 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 BASES VOLUMOSAS possibilidade de controle da regioquímica da reação pela escolha da base utilizada na reação E2 bases volumosas tertbutóxido de potássio tBuOK diisopropilamida de lítio LDA trietillamina 57 Ieda Sonehara PREVISÃO DE REGIOSSELETIVIDADE 58 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 9 59 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 10 60 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E1 REAÇÕES EM MÚLTIPLAS ETAPAS reação em duas etapas saída do grupo abandonador com formação de intermediário carbocátion e perda de próton em etapa separada geralmente acompanhada de reação competitiva SN1 com formação de mistura de produtos Regioquímica produto de Zaitsev 61 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REAÇÕES DE ÁLCOOIS MEIO ÁCIDO FORTE HO grupo abandonador ruim necessita transformação em bom grupo abandonador tratamento com ácido sulfúrico ácido forte formando OH2 levando a uma desidratação Ieda Sonehara 62 condições muito ácidas não se pode utilizar nucleófilos fortes resultaria em reação ácidobase uso de bases fracas HSO4 ou água sob aquecimento utilizada para conversão de álcoois em alcenos Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REARRANJO DE CARBOCÁTION Ieda Sonehara 63 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 E1 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE HISTIDINA Ieda Sonehara 64 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 His aminoácido essencial nãosintetizado por mamíferos etapa desidratação de imidazolglicerolfosfato catalisada por imidazolglicerolfosfatodesidratase EC 42119 resultando em imidazol acetofosfato PRATICANDO 11 Ieda Sonehara 65 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 DESAFIO 3 considere rearranjo de carbocátion eou ressonância onde pertinente Ieda Sonehara 66 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO A reação de eliminação compete com as reações de substituição nucleofílica Eliminação favorecida sobre SN quando uso de bases fortes como nucleófilos fatores estéricos envolvidos bases volumosas substituintes volumosos próximos um ao outro no substrato altas temperaturas e baixa polaridade do solvente 67 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO ANÁLISE Analisar reagente função nucleófilo base ou ambos determina qual reação ocorre E ou SN volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN Analisar substrato volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN centro de reação primário secundário ou terciário determina mecanismo da reação 1ª ou 2ª ordem Considerar requisitos estereoquímicos e regioquímicos determina qual produto é formado racemização ou inversão de configuração em reações SN produtos de Zaitsev or Hofmann em reações de Eliminação isômeros E ou Z em reações de Eliminação 68 Ieda Sonehara NATUREZA DO REAGENTE 69 Reações SN SN1 SN2 Reações E E2 SN1 SN2 E1 E2 E2 SN2 Competição E SN Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 70 na ausência de bases fortes não há possibidade de reações de eliminação o tipo de reação SN depende da possibilidade de estabilização do carbocátion SN1 ou da facilidade de acesso ao centro deficiente em carbonos SN2 em C 2ário há favorecimento de reação SN2 por ser uma reação que ocorre mais rapidamente o determinante é muitas vezes o tipo de solvente polares apróticos favorecem SN2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 71 na presença de reagentes que atuam somente como bases não ocorrem reações SN normalmente são bases fortes com o ataque ocorrendo rapidamente e impedindo um mecanismo E1 reações de eliminação não são sensíveis a impedimento estérico do centro deficiente em elétrons ocorrendo independentemente do tipo de carbono 1ário 2ário ou 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 72 em presença de substrato C 1ário e reagente nãoimpedidos estericamente a reação SN2 é predominante em substratos com algum impedimento estérico C 2ário a reação E2 ocorre mais rapidamente que SN2 a reação SN2 não ocorre em substratos com C impedido estericamente C 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 73 as reações em presença de nucleófilobase fracos não são eficientes excessivamente lentas no C 1ário ou apresentam mistura excessiva de produtos no C 2ário exceção reação de álcool 2ário em presença de H2SO4 e aquecimento reação E1 únicas reações possíveis são em C 3ário com favorecimento de reações E1SN1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA RESUMO SOMENTE NUCLEÓFILO SOMENTE BASE NUCLEÓFILO FORTE BASE FORTE NUCLEÓFILO FRACO BASE FRACA C PRIMÁRIO SN2 E2 SN2 E2 impraticável lento C SECUNDÁRIO SN2 SN1 E2 E2 SN2 impraticável lento e mistura de produtos exceto álcool 2ário em ácido E1 C TERCIÁRIO SN1 E2 E2 SN1 E1 altas temperaturas favorecem E1 74 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E ESTEREOQUÍMICA SNE RESUMO REAÇÃO RESULTADO REGIOQUÍMICO RESULTADO ESTEREOQUÍMICO SN2 Nucleófilo ataca a posição onde o grupo abandonador está conectado Nucleófilo substitui o grupo abandonador com inversão de configuração SN1 Nucleófilo ataca o carbocátion resultante da saída do grupo abandonador Nucleófilo substitui o grupo abandonador com racemização E2 Produto de Zaitsev geralmente favorecido Uso de base estericamente volumosa leva ao produto de Hoffmann Estereosseletivo e estereoespecífico Alceno trans favorecido Se a posição do substrato possuir somente um próton o alceno resultante de eliminação antiperiplanar será obtido na maioria dos casos exclusivamente E1 Produto de Zaitsev sempre favorecido Estereosseletivo Alceno trans favorecido 75 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO SÍNTESE DE IPP Ieda Sonehara 76 SN2 PRATICANDO 12 1 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 1bromobutano com os reagentes abaixo a NaOH b NaSH c tBuOK d NaOMe 2 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromopentano com os reagentes abaixo a NaOEt b NaOH c tBuOK 3 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromo2metilpentano com os reagentes abaixo a EtOH b NaI c NaOEt d NaOH 77 Prática extra forneça os produtos das reações Ieda Sonehara PRATICANDO 13 considere ressonância A reação abaixo produz mistura de vários produtos incluindo os quatro representados A D Represente o mecanismo de formação de cada um destes quatro produtos Ieda Sonehara 78 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 8 Alquenos Estrutura e Preparação via Reações de Eliminação teoria exercícios seções 81 85814 79 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 10 Reações de Eliminação teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BERG JM TYMOCZKO JL GATTO JR GJ STRYER L Bioquímica 9ª ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2021 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 1 NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 2v Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 v1 e httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRYHLE CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 80 Ieda Sonehara ADIÇÃO A ALDEÍDOS E CETONAS Reações de Adição Nucleofílica REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS PODER NUCLEOFÍLICO alteração principal no substrato envolve o ataque de um nucleófilo espécie reativa reagente nucleofílico ligase a substratos pobres em elétrons substratos que possuem carga positiva ou dipolo positivo poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade polarizabilidade relacionado ao volume do átomo quanto maior a distância dos elétrons do núcleo maior a facilidade de separação de carga polarização maior a facilidade de doação destes elétrons para centro deficiente em elétrons Nucleófilos fortes espécies carregadas átomos de maior volume enxofre pares de elétrons distantes do núcleo facilmente doados para outras espécies cuidado flúor eletronegatividade muito forte dificulta a doação dos elétrons para outras espécies Nucleófilos fracos espécies sem carga exceção para átomos de grande volume veja enxofre polarizabilidade exceção para flúor alta eletronegatividade 2 Ieda Sonehara CARBONILA polarização da ligação carbono oxigênio geometria trigonal planar pouco impedimento estérico permite tanto reações eletrofílicas como nucleofílicas adição eletrofílica ataque de um eletrófilo sobre o oxigênio adição nucleofílica ataque de um nucleófilo sobre o carbono 3 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO GERAL 4 a carbonila de aldeídos e cetonas não é eletrofílica o suficiente para sofrer reação produtiva com nucleófilos fracos necessidade de protonação uso de catalisador ácido Ieda Sonehara REATIVIDADE DE ALDEÍDOS E CETONAS aldeídos cetonas efeito eletrônico carbonila de aldeídos possui maior carga parcial positiva influência de grupos R em cetonas diminui eletrofilicidade efeito estérico volume de grupos substituintes dificulta acesso do nucleófilo ao C eletrofílico 5 aldeídos alquílicos aldeídos aromáticos efeito de ressonância deslocalizando carga positiva Ieda Sonehara ADIÇÃO À CARBONILA NUCLEÓFILOS COMUNS 6 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO ÁCIDO possibilita reação com nucleófilos fracos meio ácido protonação da carbonila ataque nucleofílico sobre H ácido formação de espécie carregada eletrófilo mais reativo que carbonila neutra reação possível com nucleófilos menos reativos 7 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO BÁSICO formação de nucleófilo forte por desprotonação 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO ocorre com adição de reagentes que formam produto com bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa 9 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO ENZIMÁTICO generalização 10 Ieda Sonehara Sítio catalítico grupo básico capaz de desprotonar nucleófilo no início do ataque aumento da nucleofilicidade grupo doador de próton capaz de protonar carbonila aumento da eletrofilicidade do carbono carbonílico efeito indutivo e neutralização de carga negativa formada Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 OXIGÊNIO COMO NUCLEÓFILO Hemiacetais e hemicetais Acetais e cetais 11 FORMAÇÃO DE HEMIACETAIS E HEMICETAIS adição de um mol de álcool a um mol de aldeído hemiacetal ou cetona hemicetal atualmente ambos podem ser chamados de hemiacetais reação geralmente catalisada por ácido aumento de eletrofilicidade da carbonila por protonação pode ocorrer em catálise básica aumento da nucleofilicidade do álcool por ionização desprotonação à base conjugada formação do ânion reações reversíveis posição de equilíbrio depende da natureza dos reagentes maior estabilidade de hemiacetaishemicetais cíclicos reação intramolecular separação das funções por 34 C origina anéis estericamente favoráveis 56 membros 12 Ieda Sonehara HEMIACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO Catálise ácida Ieda Sonehara 13 Catálise básica HEMIACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 14 Catálise básica Catálise ácida ASPECTO BIOLÓGICO ALDOSES CETOSES Ieda Sonehara 15 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 forma cíclica de aldoses e cetoses com 5 ou mais C hemiacetal reação intramolecular espontânea em meio aquoso água atua como ácido e base mutarrotação da glicose equilíbrio entre forma de cadeia aberta aldeído e duas formas hemiacetal isoméricas e piranoses FORMAÇÃO DE ACETAIS E CETAIS adição de dois moles de álcool a um mol de aldeído acetal ou cetona cetal atualmente ambos podem ser chamados de acetais reação de hemiacetais e cetais com uma molécula adicional de álcool catálise ácida somente reversibilidade boa conversão necessita deslocamento do equilíbrio para a formação do produto uso de excesso de álcool retirada de água DeanStark hidrólise em meio ácido regeneração de aldeídos e cetonas DEANSTARK solvente forma mistura azeotrópica com água água depositase na parte inferior do Dean Stark pode ser medidoretirado solvente retorna ao balão de reação Ieda Sonehara 16 ACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara estericamente impedido ACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 18 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA ligação Oglicosídica entre dois monossacarídeos acetal reação entre grupo OH de uma molécula de açúcar e hemiacetal intramolecular de outra molécula Ieda Sonehara 19 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA Mecanismo bioquímico 1ª etapa ativação do hemiacetal para formação de grupo abandonador grupo glicosila ativado glicosilfosfato ou glicosil UDP 2ª etapa ataque nucleofílico pelo álcool do segundo açúcarmolécula Ieda Sonehara 20 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 ASPECTO BIOLÓGICO LISOZIMA Ieda Sonehara 21 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 enzima de mamíferos capaz de hidrolisar ligação glicosídica entre os resíduos NAGNAM da camada de peptidoglicano da parede bacteriana RACIOCÍNIO QUAL O PRODUTO 22 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 23 Obs TsOH ácido ptoluenossulfônico Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 2 Qual o mecanismo das reações apresentadas Em cada uma delas identifique o hemiacetal 24 Ieda Sonehara DESAFIO 1 Qual o produto da seguinte reação Dica a carbonila de ésteres é menos reativa para reações de adição nucleofílica que a de aldeídos e cetonas por quê 25 Grupo de proteção acetal cíclico é facilmente hidrolisado em condições ácidas revertendo ao grupo carbonílico correspondente Desafio parte 2 represente o mecanismo de reação da hidrólise ácida do produto Ieda Sonehara DESAFIO 2 Qual o mecanismo da seguinte reação 26 Ieda Sonehara APLICAÇÃO EM FÁRMACOS DEGRADAÇÃO DE ERITROMICINAS eritromicinas instáveis quimicamente formação de cetal cíclico interno catalizado por ácido inativo não devem ser administrados por via oral minimizado por formulação em comprimidos revestidos 27 Ieda Sonehara claritromicina azitromicina ENXOFRE COMO NUCLEÓFILO ANÁLOGOS SULFURADOS Hemitioacetais Hemitiocetais tioacetais tiocetais Resultado da reação de tióis com aldeídos e cetonas S melhor nucleófilo que O reações mais favoráveis elétrons em átomos mais volumosos são mais facilmente polarizáveis uso de BF3 como catalisador para tornar a carbonila mais eletrofílica 28 reação de tioacetais com Ni de Raney leva à redução total Ieda Sonehara N COMO NUCLEÓFILO Iminas Enaminas 29 IMINAS BASES DE SCHIFF resultado da adição de aminas primárias RNH2 à carbonila de aldeídos ou cetonas seguido de eliminação de H2O desidratação nucleófilo N com par de elétrons livre reação ocorre em faixa de pH restrito 46 N nãoprotonado 30 Ieda Sonehara reversibilidade reação de eliminação catalisada por ácido depende de presença de grupo abandonador saída do melhor grupo abandonador IMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 31 ácido é necessário para a reação porém sua presença na 1ª etapa leva à perda do nucleófilo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 cetonas assimétricas formação de dois produtos isoméricos Velocidade de formação de imina em função do pH Ieda Sonehara IMINAS MECANISMO DE HIDRÓLISE 32 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 33 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ENAMINAS resultado da adição de aminas secundárias RNHR à carbonila de aldeídos e cetonas seguida por desidratação catalisada por ácido eliminação de H2O resulta em íon imínio necessita da perda de um próton proveniente do carbono vizinho para tornarse neutro 35 Ieda Sonehara ENAMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 36 cetonas assimétricas produto principal geralmente é aquele com a dupla ligação menos substituída Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara IMINAS vs ENAMINAS DIFERENÇAS NO MECANISMO ÚLTIMAS ETAPAS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO ALDOLASE frutose16bisfosfato aldolase catalisa a clivagem da FBP formando GAP e DHAP condensação aldólica reversa Etapas da reação ligação do substrato formação de base de Schiff entre Lys e FBP clivagem do aldol formando enamina e liberando GAP tautomerização isomerização com formação de imina seguida de protonação hidrólise da base de Schiff e liberação de DHAP Ieda Sonehara 38 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 COMPARAÇÃO DE MECANISMOS CETAL IMINA ENAMINA 39 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 40 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo 41 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 Represente o mecanismo das seguintes reações 42 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO E DE HIDROGÊNIO Cianetos Acetilidas Reagentes Organometálicos HIdretos 44 CIANETOS reação de aldeídos e cetonas com HCN leva à formação de hidroxinitrilas cianoidrinas HCN ácido fraco incapaz de fornecer prótons suficientes para iniciar reação catalisada por ácido ionização parcial fornece ânion cianeto nucleófilo forte uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico tratamento com base aquosa leva à reversão da reação 45 cianoidrina Ieda Sonehara ACETILIDAS reação de acetilidas com aldeídos e cetonas seguido de acidificação produz álcool inserção de tripla ligação permitindo novas reações Ieda Sonehara 46 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS REAGENTES DE GRIGNARD reações com aldeídos e cetonas os compostos de Grignard reagem em duas etapas 1ª etapa formação de complexo entre metal e oxigênio 2ª etapa adição de ácido decomposição do complexo metaloxigênio por acidificação da mistura adição de fonte de prótons o reagente de Grignard se decompõe em contato com a água a adição de ácido deve ocorrer somente após o término da primeira reação 47 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 9 Qual o produto e o mecanismo das seguintes reações 48 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO redução de aldeídos e cetonas a álcool de forma simplificada interpretado como ataque nucleofílico de hidreto H seguido por retirada de um próton do solvente ocorre adição de água ou ácido aquoso em uma segunda etapa para formação do álcool 49 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 10 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo de reação 50 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH hidrogenaçãodesidrogenação biológica coenzima especializada em transferência de hidreto NAD NADP aceptores de hidreto oxidantes NADH NADPH doadores de hidreto redutores Ieda Sonehara 51 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH substrato cetona e cofator NADPH ligados ao sítio ativo da enzima aminoácido presente no sítio catalítico doa próton para O carbonílico aumento da eletrofilicidade do C carbonílico que sofre ataque de hidreto proveniente do NADPH não ocorre formação de hidreto livre proximidade do centro eletrofílico e C doador de hidreto C4 do NAD Ieda Sonehara 52 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 RESUMO 53 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 20 aldeídos e cetonas teoria exercícios seções 204 a 2010 54 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 5 teoria exercícios seções 52 a 57 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro LTC 2016 2v NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v 2 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 55 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS Substituição Nucleofílica Acílica AdiçãoEliminação SUBSTITUIÇÃO ACÍLICA ADIÇÃOELIMINAÇÃO reações envolvendo carbonila de ácidos carboxílicos e derivados processo real adiçãoeliminação deve ser representado sempre com as etapas de adição e eliminação embora o resultado final possa ser visualizado como uma SN2 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REGRAS GERAIS regra de ouro após ataque à carbonila sempre procurar regenerar a carbonila porém nunca expelir H ou C 3 1 pode ser necessário uma etapa de transferência de próton no ínício do mecanismo antes do ataque do nucleófilo 2 etapas de transferência de próton podem ou não ser necessárias no meio do mecanismo após o ataque à carbonila porém antes de sua regeneração 3 uma etapa de transferência de próton pode ou não ser necessária ao final do mecanismo após a regeneração do grupo carbonílico Ieda Sonehara EXEMPLOS 4 não há necessidade de transferência de próton uma transferência única de próton necessária ao final do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 5 transferências de prótons necessárias em vários momentos do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 6 o segundo ataque só é possível se houver possibilidade de regeneração da carbonila lembrar que não se pode expulsar H ou C Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara REATIVIDADE depende da natureza do grupo abandonador aumento da reatividade possível com reações em meio ácido reações de ácidos carboxílicos ésteres e amidas aldeídos e cetonas não possuem grupo abandonador sofrem reações de adição 7 Composto Grupo Abandonador Reativos bons grupos abandonadores Haletos de Acila Cl Br Tioácidos HS Tioésteres RS anidridos RCOO Moderadamente reativos bons grupos abandonadores por protonação Ácidos H2O HO Ésteres ROH RO Amidas NH3 NH2 RNH2 R2NH Nãoreativos grupo abandonador pobre aldeídos H cetonas R Reatividade Ieda Sonehara HALETOS DE ACILA 8 HALETOS DE ACILA mais reativos entre os derivados de ácido possuem os grupos abandonadores mais estáveis possível preparação de todos os derivados de ácidos carboxílicos a partir de haletos de acila Síntese de haletos de acila reação de ácido carboxílico com cloreto de tionila SOCl2 transforma OH em excelente grupo abandonador fonte de íons cloreto para ataque à carbonila obtenção de cloreto de acila 9 Ieda Sonehara CLORETO DE ACILA SÍNTESE 10 gás naturalmente perdido do meio reacional deslocamento da reação Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ACILA 11 py piridina base ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona dialquilcupratos de lítio são nucleófilos de C menos reativos que reagentes de Grignard não reagem com cetonas Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 MECANISMOS HIDRÓLISE formação de ácido carboxílico hidrólise de haletos de ácido piridina py sequestrante de HCl impedindo sua participação em reações secundárias 12 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS FORMAÇÃO DE ÉSTER AMIDA formação de éster e amida piridina sequestrante de próton 13 uso de excesso de amina Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários redução de haletos de ácido formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 14 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica 15 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 Proponha mecanismos para as reações 16 Ieda Sonehara ANIDRIDOS DE ÁCIDO 17 ANIDRIDOS DE ÁCIDO quase tão reativos quanto haletos de acila reações similares às dos haletos de acila grupo abandonador carboxilato estabilizado por ressonância Síntese de anidridos preparados por reação de ácido carboxílico e haleto de acila uso de piridina como sequestrante de HCl não necessário se houver uso de sal de ácido carboxílico íon carboxilato 18 estabilizado por ressonância Ieda Sonehara REAÇÕES DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO 19 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 EXEMPLO SÍNTESE DE FÁRMACOS ASPIRINA PARACETAMOL 20 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 Preveja os produtos principais das seguintes reações 21 Ieda Sonehara ÉSTERES 22 ÉSTERES menos reativos que haletos de acila e anidridos Síntese de ésteres a partir de derivados de ácido mais reativos que ésteres haleto de ácido em presença de piridina anidrido de ácido a partir de ácido carboxílico reação com 1 SOCl2 formação de haleto e 2 álcool reação com álcoois em uma etapa em presença de ácido catalisador equilíbrio de reação desfavorável necessidade de remoção de água ou uso de excesso de um dos reagentes 23 Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ÁCIDO CARBOXÍLICO reação de ácidos carboxílicos com álcoois em presença de catalisador ácido esterificação de Fisher início com protonação da carbonila aumento de reatividade aumento de eletrofilicidade da carbonila 24 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE HALETOS DE ACILA reação de haletos de acila com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 25 síntese de éster a partir de cloreto de acila ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO reação de anidridos com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 26 síntese de éster a partir de anidrido ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE OUTROS ÉSTERES transesterificação reação de éster com excesso de álcool possível catálise ácida ou básica 27 síntese de éster por transesterificação ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara TRANSESTERIFICAÇÃO MECANISMO DE AÇÃO DO AAS reação de transesterificação entre ácido acetilsalicílico Aspirina e resíduo de aminoácido presente no sítio catalítico da enzima ciclooxigenase levando à inibição enzimática 28 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÉSTERES 29 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário Ieda Sonehara MECANISMOS HIDRÓLISE todos os derivados de ácidos carboxílicos hidrolisam ao ácido carboxílico por ação da água como nucleófilo haletos de alquila e anidridos hidrólise rápida ésteres e amidas hidrólise lenta normalmente necessitando de catálise ácida ou básica hidrólise de ésteres em condições ácidas reverso da reação de esterificação de Fischer hidrólise de ésteres em condições básicas saponificação 30 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES CATÁLISE ÁCIDA 31 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE I 1ª etapa pode ser entendida como transesterificação com perda de álcool colina resulta em enzima acilada esterificada e inativa 32 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE II 2ª etapa hidrólise do éster com saída de ácido carboxílico ác acético regeneração da enzima 33 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara FÁRMACO INIBIDOR DE ACETILCOLINESTERASE fisostigmina utilizado em tratamento de glaucoma e doença de Alzheimer 34 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES HIDRÓLISE BÁSICA SAPONIFICAÇÃO nucleófilo hidróxido reação irreversível formação de ânion carboxilato ao final não há catalisador base é reagente após término da reação é necessário adição de ácido diluído para isolar o ácido carboxílico 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO SABÃO Sabão dissolução de óleo em água através da formação de micelas Ieda Sonehara 36 produção de sabão a partir de gorduras e óleos triacilgliceróis por hidrólise básica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD 38 formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Proponha mecanismos para as reações 39 Ieda Sonehara AMIDAS E NITRILAS 40 AMIDAS dentre os derivados de ácido carboxílico são as menos reativas sintetizadas a partir de haletos de acila anidridos de ácidos e ésteres reação de amônia aminas primárias e amidas secundárias com derivados de ácidos carboxílicos necessidade de remoção de próton do nucleófilo de nitrogênio no decorrer da reação não ocorre com aminas terciárias reação com ácido carboxílico formação de sal entre ácido e amina ataque nucleofílico possível somente com aquecimento do sal de amônio 41 Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE HALETOS DE ACILA necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 42 síntese de amida a partir de cloreto de acila Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ANIDRIDOS necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 43 síntese de amida a partir de anidrido Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ÉSTERES dois possíveis grupos abandonadores alcóxido ou amina saída de amina melhor grupo abandonador não leva a progresso da reação eventualmente ocorre saída de alcóxido 44 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara DESAFIO Represente um mecanismo plausível para a reação abaixo 45 Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS HIDRÓLISE amidas sofrem hidrólise ácida ou básica mais lenta em relação a ésteres menor reatividade da carbonila ao ataque nucleofílico amida nãobásica ressonância do par de elétrons livre do N com a carbonila hidrólise ácida ataque nucleofílico da água sobre a carbonila protonada hidrólise básica segue mesmo mecanismo dos ésteres necessita condições vigorosas 46 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE ÁCIDA 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE BÁSICA 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE PENICILINAS INATIVAÇÃO 49 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS REDUÇÃO amidas comportamse de forma diferenciada redução da carbonila a grupo metileno com retenção do grupo amínico presença de grupos abandonadores mais eficientes que amida formação de íon imínio reduzido a amina secundária 50 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara NITRILAS síntese de nitrilas reação de haleto de alquila com cianeto reação SN2 ocorre com haletos primários e secundários hidratação de nitrilas resulta em amidas condições ácidas ou básicas há ataque à carbonila porém não há necessidade de saída de grupo abandonador regeneração de carbonila ocorre por transferência de prótons 51 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO ÁCIDO 52 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO BÁSICO 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 Proponha mecanismos para as reações abaixo 54 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Preveja os produtos das reações abaixo 55 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 1 Qual o produto principal de cada uma das reações abaixo 56 2 Complete as reações abaixo com os reagentes necessários Ieda Sonehara PRATICANDO 7 57 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Proponha sínteses eficientes para cada uma das transformações abaixo 58 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE P Y Organic Chemistry 4th ed PrenticeHall 2003 CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC Press 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 2 59 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 ETAPAS DE UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 3 ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO em reações nãobiológicas ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion SN2 reação concertada ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara SN1 reação em múltiplas etapas ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 5 Salbutamol ligado ao receptor βadrenérgico Complementaridade estereoquímica espacial Interações conformação preferida forças de ligação 27 Isômeros RS encaixe no alvo 33 6 SN2 X SN1 DIAGRAMAS DE ENERGIA SN2 SN1 7 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 8 SN2 ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador FATORES ESTÉRICOS influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável Carbono 1ário 2ário 3ário SN1 saída do grupo abandonador e formação de carbocátion seguido por ataque nucleofílico sobre o carbocátion ESTABILIZAÇÃO DO CARBOCÁTION por efeito indutivo I hiperconjugação favorável Carbono 3ário 2ário 1ário McMurry J Química Orgânica trad 9ª ed v1 Cengage 2016 SolomonsG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 REVISANDO CONCEITOS NUCLEÓFILO Nucleófilos espécies ricas em elétrons que procuram centro de carga positiva núcleo tipicamente possuem carga negativa ou par de elétrons livre compostos com ligações alcenos alcinos aromáticos podem também atuar como nucleófilos poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade POLARIZABILIDADE relacionado ao volume do átomo distância dos elétrons do núcleo facilidade de polarização Ieda Sonehara 9 C e H não são grupos abandonadores REVISANDO CONCEITOS GRUPO ABANDONADOR íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 10 VELOCIDADE DE REAÇÃO PREDOMINÂNCIA DE MECANISMOS SN2 Eletrófilo Substrato fatores estéricos influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável C 1ário 2ário 3ário Nucleófilo forte fraco Grupo Abandonador efeito menos sensível que em SN1 SN1 Eletrófilo Substrato estabilidade do carbocátion influencia sua velocidade de formação favorável C 3ário 2ário 1ário Nucleófilo fraco forte permite competição com SN2 Grupo Abandonador estabilidade importante grupos altamente estabilizados Ieda Sonehara 11 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE ISOPRENOIDES Ieda Sonehara 12 enzima geranilpirofosfato sintase isoprenoides intermediários na síntese de terpenos e esteróis grupo abandonador pirofosfato nucleófilo elétrons Ieda Sonehara 13 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ENZIMAS CATALISADORES BIOLÓGICOS Catalisadores promovem aumento da velocidade de reação por estabilização do estado de transição diminuindo a energia de ativação participam do mecanismo da reação porém não são consumidos Mecanismos possíveis da catálise enzimática posicionamento de moléculas reagentes próximas uma da outra no sítio ativo precisamente na orientação necessária para reação ligação de substratos de tal forma que assumam conformação adequadanecessária para reação aumento da reatividade dos substratos muitas vezes com participação de resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico estabilização dos estados de transição das etapas limitantes Ieda Sonehara 14 BERG et al Bioquímica Guanabara Koogan 2021 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Inibidores de ECA Ieda Sonehara 15 HARVISON PJ HARROLD MW 2020 LEMKE T et al 2017 No intermediário da reação catalisada pela ECA o carbono tetraédrico é hidrolisável Nos fármacos os carbonos indicados são tetraédricos porém não são suscetíveis à hidrólise INTERMEDIÁRIO TETRAÉDRICO REAÇÕES LABORATORIAIS VS REAÇÕES BIOLÓGICAS Laboratório Catalisadores mais comumente não biológicos ácidos bases metais de transição Solvente ampla variedade polaridade variável Mistura reacional altamente purificada em altas concentrações Temperatura variada pH reações ocorrem frequentemente em presença de ácidos ou bases fortes Organismo vivo Catalisadores enzimas Solvente meio aquoso celular Mistura reacional mistura complexa de diferentes biomoléculas em solução e em baixas concentrações nano a milimolar Temperatura faixa estreita específica para o organismo pH solução aquosa tamponada para pH específico cerca de 70 para maioria dos organismos vivos Ieda Sonehara 16 PRATICANDO 1 Para cada composto abaixo verifique se o grupo abandonador forma um carbocátion estável necessário para reações SN1 17 Identifique se os nucleófilos abaixo favorecem SN1 ou SN2 a H2O b NaOH c CH3SH d CH3ONa e NH3 f CH3MgBr reagente de Grignard forma CH3 como nucleófilo Sugestão desenhe as formas de ressonância do carbocátion Ieda Sonehara PRATICANDO 2 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Ieda Sonehara 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 REARRANJO DE CARBOCÁTION ocorre sempre que o resultado for um carbocátion mais estável sempre que houver formação de carbocátion qualquer que seja o tipo de reação há a possibilidade de rearranjo dois rearranjos mais comuns deslocamento de hidreto e deslocamento de metila 20 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara ANÁLISE DE REARRANJO EXEMPLO 21 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM REAÇÕES SN1 22 o rearranjo ocorre entre a dissociação do grupo abandonador e o ataque nucleofílico geralmente é obtida mistura de produtos resultante de ataque do nucleófilo antes ou após o rearranjo Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SÍNTESE DE ESQUALENO grupo preesqualenopirofosfato liberado gerando um carbocation primario em C1 migração de elétrons da ligação C1C3 ao C1 formando ligação C1C1 e carbocation terciario em C3 adicao de ion hidreto fornecido pelo NADPH ao C1 e formacao da ligacao dupla C2C3 23 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Ieda Sonehara Grupo abandonador PRATICANDO 4 24 Lembrese que a existência de formas de ressonância é um fator de estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA Reações com nucleófilos de oxigênio Reações com nucleófilos de nitrogênio Reações com nucleófilos de carbono Redução nucleófilo de hidrogênio 25 Ied a Son eha ra NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO ÁGUA ÁLCOOL reversão das reações de formação de haletos de alquila reação de haleto de alquila com água resulta em álcool reação de haleto de alquila com álcool resulta em éter mecanismo SN1 ou SN2 dependendo das condições de reação em presença de base forte há a possibilidade de competição com reações de eliminação similar para síntese de tioéteres e tióis 26 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO AMINAS reação SN2 em meio básico amina em forma neutra nucleófilo resulta em nova amina novo nucleófilo reação prossegue até a formação de sal de amônio quaternário 27 base necessária para remoção de próton Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS reagentes que possuem ou formam carbonos com carga negativa cianetos e reagentes organometálicos Cianetos uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico Acetilidas obtidas por tratamento de acetilenos terminais alcinos terminais com base forte NaNH2NH3 ânion acetilida atua como nucleófilo Reagentes de Grignard RMgBr e ArMgBr produtos da reação de um haleto de alquila ou arila geralmente brometo com magnésio metálico Mg0 em solução de éter grupo R ou Ar no reagente de Grignard comportase como carbânion podendo agir como nucleófilo nas reações orgânicas reagem com água formando hidrocarbonetos reações utilizando estes reagentes devem ocorrer em condições anidras Ieda Sonehara 28 NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reação com cianeto CN formação de nitrila e extensão da cadeia carbônica do substrato em 1 carbono redução de nitrila resulta em amina hidrólise ácida de nitrila resulta em ácido carboxílico 29 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reações com reagentes organometálicos extensão da cadeia de carbono reagentes de Grignard RMgBr ArMgBr acetilidas RCC 30 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO REDUÇÃO nucleófilo hidreto ânion hidretometal fornecido por complexos de hidretos metálicos LiAlH4 LAH ou HAL hidreto de lítio e alumínio NaBH4 boroidreto de sódio resulta em substituição do grupo abandonador por hidrogênio redução do substrato 31 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Qual o produto da reação de brometo de metila com cada um dos reagentes abaixo e por qual mecanismo ela ocorre HO H2N H2S HS CH3O CH3NH2 32 Ieda Sonehara RESUMO INTERCONVERSÃO VIA SN2 33 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO1 considere rearranjo de carbocátion ressonância 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO2 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES BIOLÓGICAS 38 METILAÇÃO EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SAM Sadenosilmetionina agente de metilação transferência de 1C obtido por reação SN2 entre ATP e metionina transfere metila para diversos grupos durante processos de biossíntese 39 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara FOSFORILAÇÃO POR QUINASES GLICOSE6FOSFATO quinases catalisam transferência de grupo fosfato de ATP para um álcool aceptor hexoquinase catalisa fosforilação de hexoses formação de complexo ternário glicoseMg2ATP complexação de Mg2 com cargas negativas do ATP tornando átomo P mais acessível para o ataque nucleofílico pelo 6OH da glicose Ieda Sonehara 40 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 AGENTES ALQUILANTES ANTINEOPLÁSICOS MOSTARDAS DE NITROGÊNIO Mostarda de enxofre agente alquilante de alta toxicidade promove formação de ligações cruzadas no DNA Mostarda de nitrogênio menor toxicidade diminuição da nucleofilicidade mecloretamina clorambucila melfalano 41 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Outras reações de substituição SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Síntese a partir de álcoois Síntese apartir de éteres 42 SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Os haletos de alquila podem ser sintetizados a partir de álcoois e éteres através de reações de substituição nucleofílica OH e OR grupos abandonadores pobres protonação em meio ácido favorece reações por formar bons grupos abandonadores aminas não são reativas o suficiente para sofrer reações de substituição mesmo protonadas 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN1 44 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 competição com reação de eliminação Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN1 45 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN2 46 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN2 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 7 Reações de Substituição teoria exercícios seções 7179 48 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 9 Reações de Substituição teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Competição com reações de Substituição Nucleofílica REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Substituição grupo abandonador substituído por nucleófilo Eliminação remoção de próton da posição juntamente com grupo abandonador formando ligação dupla síntese de alcenos eliminação ou eliminação 12 ocorre com qualquer bom grupo abandonador 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO MECANISMO GERAL E2 reação concertada velocidade de reação depende da concentração de ambos os reagentes nucleófilo e eletrófilo E1 reação em múltiplas etapas velocidade de reação depende da concentração do nucleófilo 51 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 52 REAÇÃO DE SUBSTRATO TERCIÁRIO NUCLEÓFILO VS BASE nucleófilos e bases espécies ricas em elétrons NUCLEÓFILO capaz de atacar um carbono eletrofílico BASE capaz de abstrair capturar um próton na posição ao grupo abandonador 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E2 REAÇÕES CONCERTADAS remoção de próton por uma base com expulsão simultânea do grupo abandonador reação concertada não existe intermediário 54 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE ZAITSEV produto principal ALCENO MAIS SUBSTITUÍDO produto de Zaitsev formação do alceno mais estável mais substituído estabilização do estado de transição pelo efeito doador de elétrons das alquilas 55 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE HOFMANN fatores estéricos conformação favorável ao ataque leva ao PRODUTO MENOS SUBSTITUÍDO produto de Hoffmann grupo abandonador de grande volume nucleófilo de grande volume 56 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 BASES VOLUMOSAS possibilidade de controle da regioquímica da reação pela escolha da base utilizada na reação E2 bases volumosas tertbutóxido de potássio tBuOK diisopropilamida de lítio LDA trietillamina 57 Ieda Sonehara PREVISÃO DE REGIOSSELETIVIDADE 58 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 9 59 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 10 60 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E1 REAÇÕES EM MÚLTIPLAS ETAPAS reação em duas etapas saída do grupo abandonador com formação de intermediário carbocátion e perda de próton em etapa separada geralmente acompanhada de reação competitiva SN1 com formação de mistura de produtos Regioquímica produto de Zaitsev 61 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REAÇÕES DE ÁLCOOIS MEIO ÁCIDO FORTE HO grupo abandonador ruim necessita transformação em bom grupo abandonador tratamento com ácido sulfúrico ácido forte formando OH2 levando a uma desidratação Ieda Sonehara 62 condições muito ácidas não se pode utilizar nucleófilos fortes resultaria em reação ácidobase uso de bases fracas HSO4 ou água sob aquecimento utilizada para conversão de álcoois em alcenos Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REARRANJO DE CARBOCÁTION Ieda Sonehara 63 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 E1 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE HISTIDINA Ieda Sonehara 64 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 His aminoácido essencial nãosintetizado por mamíferos etapa desidratação de imidazolglicerolfosfato catalisada por imidazolglicerolfosfatodesidratase EC 42119 resultando em imidazol acetofosfato PRATICANDO 11 Ieda Sonehara 65 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 DESAFIO 3 considere rearranjo de carbocátion eou ressonância onde pertinente Ieda Sonehara 66 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO A reação de eliminação compete com as reações de substituição nucleofílica Eliminação favorecida sobre SN quando uso de bases fortes como nucleófilos fatores estéricos envolvidos bases volumosas substituintes volumosos próximos um ao outro no substrato altas temperaturas e baixa polaridade do solvente 67 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO ANÁLISE Analisar reagente função nucleófilo base ou ambos determina qual reação ocorre E ou SN volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN Analisar substrato volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN centro de reação primário secundário ou terciário determina mecanismo da reação 1ª ou 2ª ordem Considerar requisitos estereoquímicos e regioquímicos determina qual produto é formado racemização ou inversão de configuração em reações SN produtos de Zaitsev or Hofmann em reações de Eliminação isômeros E ou Z em reações de Eliminação 68 Ieda Sonehara NATUREZA DO REAGENTE 69 Reações SN SN1 SN2 Reações E E2 SN1 SN2 E1 E2 E2 SN2 Competição E SN Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 70 na ausência de bases fortes não há possibidade de reações de eliminação o tipo de reação SN depende da possibilidade de estabilização do carbocátion SN1 ou da facilidade de acesso ao centro deficiente em carbonos SN2 em C 2ário há favorecimento de reação SN2 por ser uma reação que ocorre mais rapidamente o determinante é muitas vezes o tipo de solvente polares apróticos favorecem SN2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 71 na presença de reagentes que atuam somente como bases não ocorrem reações SN normalmente são bases fortes com o ataque ocorrendo rapidamente e impedindo um mecanismo E1 reações de eliminação não são sensíveis a impedimento estérico do centro deficiente em elétrons ocorrendo independentemente do tipo de carbono 1ário 2ário ou 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 72 em presença de substrato C 1ário e reagente nãoimpedidos estericamente a reação SN2 é predominante em substratos com algum impedimento estérico C 2ário a reação E2 ocorre mais rapidamente que SN2 a reação SN2 não ocorre em substratos com C impedido estericamente C 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 73 as reações em presença de nucleófilobase fracos não são eficientes excessivamente lentas no C 1ário ou apresentam mistura excessiva de produtos no C 2ário exceção reação de álcool 2ário em presença de H2SO4 e aquecimento reação E1 únicas reações possíveis são em C 3ário com favorecimento de reações E1SN1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA RESUMO SOMENTE NUCLEÓFILO SOMENTE BASE NUCLEÓFILO FORTE BASE FORTE NUCLEÓFILO FRACO BASE FRACA C PRIMÁRIO SN2 E2 SN2 E2 impraticável lento C SECUNDÁRIO SN2 SN1 E2 E2 SN2 impraticável lento e mistura de produtos exceto álcool 2ário em ácido E1 C TERCIÁRIO SN1 E2 E2 SN1 E1 altas temperaturas favorecem E1 74 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E ESTEREOQUÍMICA SNE RESUMO REAÇÃO RESULTADO REGIOQUÍMICO RESULTADO ESTEREOQUÍMICO SN2 Nucleófilo ataca a posição onde o grupo abandonador está conectado Nucleófilo substitui o grupo abandonador com inversão de configuração SN1 Nucleófilo ataca o carbocátion resultante da saída do grupo abandonador Nucleófilo substitui o grupo abandonador com racemização E2 Produto de Zaitsev geralmente favorecido Uso de base estericamente volumosa leva ao produto de Hoffmann Estereosseletivo e estereoespecífico Alceno trans favorecido Se a posição do substrato possuir somente um próton o alceno resultante de eliminação antiperiplanar será obtido na maioria dos casos exclusivamente E1 Produto de Zaitsev sempre favorecido Estereosseletivo Alceno trans favorecido 75 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO SÍNTESE DE IPP Ieda Sonehara 76 SN2 PRATICANDO 12 1 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 1bromobutano com os reagentes abaixo a NaOH b NaSH c tBuOK d NaOMe 2 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromopentano com os reagentes abaixo a NaOEt b NaOH c tBuOK 3 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromo2metilpentano com os reagentes abaixo a EtOH b NaI c NaOEt d NaOH 77 Prática extra forneça os produtos das reações Ieda Sonehara PRATICANDO 13 considere ressonância A reação abaixo produz mistura de vários produtos incluindo os quatro representados A D Represente o mecanismo de formação de cada um destes quatro produtos Ieda Sonehara 78 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 8 Alquenos Estrutura e Preparação via Reações de Eliminação teoria exercícios seções 81 85814 79 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 10 Reações de Eliminação teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BERG JM TYMOCZKO JL GATTO JR GJ STRYER L Bioquímica 9ª ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2021 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 1 NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 2v Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 v1 e httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRYHLE CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 80 Ieda Sonehara REAÇÕES DE BENZENO E DERIVADOS Substituição Eletrofílica Aromática 1 ESTRUTURA DO BENZENO AROMATICIDADE Critérios de aromaticidade presença de nuvem de elétrons nuvem cíclica ininterrupta de elétrons acima e abaixo do plano da molécula molécula cíclica todos os átomos do anel necessitam possuir orbital p orbitais p de átomos vizinhos devem se sobrepor molécula planar deve possuir 4n2 elétrons regra de Hückel n número natural inteiro Portanto compostos aromáticos são cíclicos planares conjugados com pares de elétrons em número ímpar 2 AROMATICIDADE HETEROAROMÁTICOS piridina par de elétrons do N não participa da ressonância livre para atuar como base pirrol par de elétrons do N participa da ressonância não é substância básica imidazol par de elétrons em orbital p participa da ressonância 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PARES DE ELÉTRONS LIVRES AROMATICIDADE 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA reação mais comum de compostos aromáticos reação de eletrófilo com anel aromático substituindo um dos átomos de hidrogênio lembrar reação de adição em aromáticos levaria à perda de aromaticidade menor estabilidade anéis aromáticos menos reativos que alcenos necessidade de catalisador aumento da característica eletrofílica do reagente eletrofílico 5 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 MECANISMO 6 ataque eletrofílico inicial e formação de carbocátion leva à perda de aromaticidade etapa lenta necessidade de eletrófilos mais reativos obtidos através do uso de catalisadores carbocátion cátion arênio estabilizado por ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 HALOGENAÇÃO presença de ácido de Lewis como catalisador permite o desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente formação de complexo halogênioác de Lewis que transfere o halogênio para um nucleófilo 7 NITRAÇÃO reação de ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico protonação do ác nítrico com perda de água e formação de íon nitrônio como eletrófilo fonte alternativa de íon nitrônio reação de anidrido acético com ác nítrico evita meio ácido forte 8 SULFONAÇÃO reação com ácido sulfúrico fumegante eletrófilo trióxido de enxofre resulta em ácido sulfônico 9 reação reversível adição de H2SO4 diluído leva à perda do ácido sulfônico útil na proteção de posições de substituição em síntese orgânica REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS reação de haleto de alquila ou haleto de acila em presença de ácido de Lewis alquilação semelhante ao processo de halogenação ác de Lewis permite a desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente acilação ác de Lewis facilita polarização da ligação carbonohalogênio do haleto resultando em formação de íon acílio eletrófilo 10 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO 11 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO REARRANJO DE CARBOCÁTION carbocátions primários originários de grupo alquílico de cadeia reta tendem a sofrer rearranjo ao carbocátion mais estável secundário por migração de hidreto formação de produtos isoméricos resultado da reação de ambos os carbocátions com o substrato 12 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃO eletrófilo íon acílio estabilizado por ressonância não sofre rearranjo necessidade de ác de Lewis em quantidades estequiométricas catalíticas derivado acilado cetona complexação com ác de Lewis necessário decomposição por tratamento com água 13 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃOREDUÇÃO redução de grupo acila Redução de Clemmensen condições ácidas em presença de amálgama de ZnHg e HCl redução completa de cetona Redução de WolffKishner condições básicas uso de hidrazina H2NNH2 Redução catalítica catalisador metálico pex H2Pd somente para cetonas vizinhas a anel aromático 14 REDUÇÃO diferentes condições necessárias para determinados substratos 15 presença de HCl leva à reação de substituição do álcool SN2formação de haleto de alquila PRATICANDO 1 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 3 Quais os reagentes necessários para obter os seguintes produtos a partir do benzeno em alguns casos há mais de uma etapa ou mais de uma possibilidade 18 DESAFIO 1 EFEITOS DE SUBSTITUINTES 20 EFEITO DE SUBSTITUINTES substituintes ligados ao anel aromático influenciam a velocidade de substituição eletrofílica e a posição de novas substituições efeito de um determinado substituinte pode ser previsto através de seu efeito sobre a estabilidade do íon arênio substituintes doadores de elétrons estabilizam íon arênio ativam o anel para novas substituições substituintes retiradores de elétrons desestabilizam íon arênio desativam o anel para novas substituições efeito sobre posição de novas substituições estudo das formas de ressonância substituintes doadores de elétrons direcionam op substituintes retiradores de elétrons direcionam m 21 SUBSTITUINTES ATIVADORES op aumento de densidade eletrônica em relação ao benzeno doadores de elétrons R I 22 formação de carga parcial negativa nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com maior densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado a estes carbonos SUBSTITUINTES DESATIVADORES m diminuição de densidade eletrônica em relação ao benzeno retiradores de elétrons R I 23 formação de carga parcial positiva nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com menor densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado ao carbono m menor deficiência relativa de elétrons doação de elétrons para o anel por ressonância retirada de elétrons do anel por ressonância ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 PRATICANDO 4 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 5 Qual o produto das seguintes reações 30 EFEITO DE SUBSTITUINTES MÚLTIPLOS quando há mais de um substituinte no anel que sofre reação SEAr 1 direcionadores ortopara predominam sobre direcionadores meta 2 ativadores fortes predominam sobre ativadores fracos 31 GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA Ativadores doam elétrons para o anel por efeito indutivo ou de ressonância a efeitos de ressonância mais importantes que indutivos exceção alcóxidos ativadores moderados b influência da disponibilidade dos pares de elétrons livres 32 ativadores fortes par de elétrons livre vizinho ao anel GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA ativadores moderados par de elétrons livre vizinho ao anel porém participando de ressonância fora do anel 33 ativadores fracos grupos alquila por efeito indutivo GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores retiram elétrons do anel por efeito indutivo ou de ressonância 34 desativadores fortes efeito retirador de elétrons muito pronunciado GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores moderados ligação a um átomo eletronegativo vizinho ao anel retirada de elétrons do anel por ressonância 35 desativadores fracos halogênios EFEITOS DE SUBSTITUINTES RESUMO 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 6 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 EFEITOS ESTÉRICOS proporção de produtos formados influenciada pelo tamanho dos substituintes próximos à posição de substituição 38 PRATICANDO 7 Quais os produtos das seguintes reações 39 PRATICANDO 8 Represente o produto principal das seguintes reações 40 APLICAÇÃO SÍNTESE DE IBUPROFENO 41 RESUMO 42 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 18 Compostos Aromáticos teoria conceitos seções 181 a 183 185 capitulo 19 Reações de Substituição Aromática teoria exercício seções 191 até 1911 43 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 3 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática teoria exercícios seções 31 até 38 REFERÊNCIAS Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 Dewick PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro GenLTC 2016 McMurry J Química Orgânica Combo Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2017 44 ESPECTROSCOPIA Profª Ieda Sonehara técnica de análise da estrutura de moléculas baseada na absorção diferencial da radiação eletromagnética tipos infravermelho ressonância magnética nuclear ultravioleta exceção espectrometria de massa EM Ieda Sonehara 2 moléculas absorvem radiação em quantidades discretas de energia quanta energia absorvida provoca movimento de elétrons ou núcleos excitação diferentes tipos de excitação ocorrem em diferentes energias RX alta energia promovem elétrons das camadas interiores do átomos para camadas mais externas transição eletrônica radiação UVvisível excita elétrons de camada de valência geralmente de orbital molecular ligante completo a orbital antiligante vazio radiação IV excitação vibracional das ligações das moléculas radiação de microondas rotação das ligações rádio alterações de alinhamento do spin nuclear em campo magnético Ieda Sonehara 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 4 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO moléculas que absorvem no IV possuem movimentos de deformação axial das ligações deformações angulares em geral e modos de combinação de duas vibrações diferentes vibrações angulares possuem intensidade mais fraca e se sobrepõem a outras ESTIRAMENTO DOBRAMENTO stretching272253 bending866256 Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 excitação de uma molécula de um nível vibracional a outro ocorre quando o composto absorve radiação IV de determinada energia comprimento de onda ou frequência aumento da amplitude da vibração apenas ligações que possuem momento dipolo são capazes de absorver energia no infravermelho Ieda Sonehara posições das linhas de absorção dependem do tipo de grupo funcional presente absorções caracterizadas pelo comprimento de onda da luz absorvida em micrômetros OU pelo seu valor recíproco o número de onda 1 em cm1 número de onda é diretamente proporcional à energia espectro típico varia entre 400 e 4000 cm1 espectro apresenta padrão único para cada substância Ieda Sonehara 8 httpswww2chemistrymsuedufacultyreuschVirtTxtJmlSpectrpyInfraRedinfraredhtm Ieda Sonehara 9 All methanol vibrational modes httpswwwyoutubecomwatchviy8rguvGnM Ieda Sonehara 10 ligação covalente comportase como molas ligando os átomos vibração dos átomos ocorre somente em determinadas frequências níveis de energia quantizados frequência das vibrações dos átomos depende da energia de ligação entre eles e dos pesos atômicos Lei de Hooke Ieda Sonehara 11 movimentos de dobramento ocorrem em energias mais baixas frequências mais baixas do que movimentos de estiramento ligações entre átomos de massas maiores vibram em frequências mais baixas do que entre átomos mais leves envolvento o mesmo tipo de ligação Ieda Sonehara 12 estiramento Csp3H alcanos dobramento Csp3H alcanos noctano Ieda Sonehara 13 estiramento Csp3H alcanos estiramento CO dobramento Csp3H alcanos dipropil éter Ieda Sonehara 14 influência de hibridização ligações mais fortes na ordem sp sp2 sp3 vibram em regiões mais altas influência de ressonância pode provocar aumento de distância de ligações duplas dando característica de ligação simples Ieda Sonehara 15 intensidade da banda de absorção é proporcional à polaridade da ligação a intensidade também é função do número de ligações responsáveis pela absorção banda de absorção de estiramento CH mais intensa para iodeto de octila 17 ligações CH do que para iodeto de metila 3 ligações CH Ieda Sonehara 16 estiramento Csp3H alcanos estiramento Csp2H alcenos estiramento CspH alcinos 1etinilcicloexeno estiramento alcinos estiramento CC alcenos dobramento Csp3H alcanos dobramento CC alcenos Ieda Sonehara 17 frequências características forma e intensidade dos picos intensidade proporcional à diferença de dipolo polaridade Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 18 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 19 ligação OH é enfraquecida quando há formação de ligações de H diferentes graus de enfraquecimento em diferentes moléculas em um dado momento diferentes frequências de estiramento OH alargamento do sinal em soluções concentradas em solvente onde não há possibilidade de formação de ligação H o sinal é estreito OH livre em soluções diluídas parte das moléculas forma ligações de H e parte não forma presença de dois picos estreito largo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 20 semelhante a álcoois porém mais pronunciado capacidade de fazer duas ligações de H sinal muito largo que se sobrepõe a CH em torno de 2900 cm1 acompanhado de sinal largo de CO logo acima de 1700 cm1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 21 ácido pentanóico BRUICE PY Química Orgânica v1 4ª ed Pearson 2006 Ieda Sonehara 22 amina primárias apresentam dois sinais dupleto 3350 e 3450 cm1 duas ligações NH a combinação dos estiramentos pode ser simétrico em fase ou assimétrico fora de fase gerando sinais em frequências diferentes aminas secundárias apresentam apenas um sinal singleto semelhante ao que ocorre com CH de metila Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 continua Ieda Sonehara 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 25 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 27 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 28 PENTANO REGIÃO DE IMPRESSÃO DIGITAL HEXANO 1HEXENO Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 Ieda Sonehara 29 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 30 Carbonyl Stretching Frequencies The exact position of the carbonyl band in the 17601665 cm1 range is determined by the constituents neighboring the carbonyl group Some examples are range type of carbonyl examples 17501735 cm1 saturated aliphatic esters 17401720 cm1 saturated aliphatic aldehydes 17301715 cm1 αβunsaturated esters 1715 cm1 saturated aliphatic ketones 17101665 cm1 αβunsaturated aldehydes and ketones BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 32 FREQUÊNCIAS DE ABSORÇÃO padrões de substituição em compostos aromáticos Ieda Sonehara 33 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 34 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 36 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 37 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 38 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 39 SDBS httpssdbsdbaistgojp NIST Chemistry WebBook httpwebbooknistgovchemistry Ieda Sonehara 40 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE PY Organic Chemistry 4th ed v1 Upper Saddle River Prentice Hall 2004 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 MCMURRY J Química Orgânica Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage Learning 2016 v1 cap 12 PAVIA DL LAMPMAN GM KRIZ GS VYVYAN JR Introdução à Espectroscopia Tradução da 5ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2015 SILVERSTEIN RM WEBSTER FX KIEMLE DJ BRYCE DL Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos 8ª ed Rio de Janeiro LTC 2019 ANIMAÇÕES ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY EDUCATION Infrared IR Spectroscopy httpsedurscorgresourcesinfraredirspectroscopy4010243article Acesso em 12072020 Ieda Sonehara 41 MECANISMOS DE REAÇÃO CONCEITOS BÁSICOS Estruturas de Lewis Cargas e efeitos de campo Nucleófilos e Eletrófilos Ressonânica Grupo Abandonador Setas de mecanismo ESTRUTURAS DE LEWIS 2 o que levar uma ligação química entre átomos é formada através do pareamento de um elétron de cada átomo o que lembrar átomos tendem a se ligar de maneira a alcançarem a configuração eletrônica de um gás nobre regra do octeto pares de elétrons não compartilhados ou elétrons não ligantes são denominados pares de elétrons livres ou pares isolados Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGA FORMAL 3 o que levar qualquer átomo que não apresenta o número apropriado de elétrons de valência possui uma carga formal que deve ser representada o que lembrar para identificar a carga formal determinar o número apropriado de elétrons de valência para um átomo determinar se o átomo apresenta o número apropriado de elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 1 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Localização de elétrons orbitais atômicos 5 o que levar na movimentação de elétrons eles se originam de ligações ou pares livres e formam ligações ou pares livres isolados o que lembrar os elétrons podem ser encontrados em dois locais ligações ou pares livres isolados IEDA SONEHARA Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 Pareamento de elétrons cargas e setas 6 o que levar o processo de pareamento de elétrons formação de ligação química é indicado por setas curvas indicando o movimento dos elétrons envolvidos o que lembrar no processo de formação ou quebra de ligações químicas pode haver envolvimento ou formação de espécies carregadas espécies carregadas não devem violar a regra do octeto IEDA SONEHARA CARGA PARCIAL 7 o que levar a indução provoca a formação de cargas parciais positiva e negativa simbolizadas pela letra grega o que lembrar a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos que formam uma ligação determinam o tipo desta ligação ligação covalente diferença de EN 05 ligação covalente polar diferença de EN entre 05 e 17 ligação iônica diferença de EN 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES NUCLEÓFILOS E ELETRÓFILOS 9 o que levar espécies que possuem excesso de elétrons são capazes de doálos para espécies que apresentam falta de elétrons este processo leva ao pareamento de elétrons e formação de ligações químicas este processo também pode levar à quebra de ligações e formação de espécies carregadas o que lembrar setas indicam movimentação dos elétrons a seta se inicia na origem dos elétrons cauda e termina no destino destes elétrons cabeça IEDA SONEHARA SETAS CURVAS TIPOS IEDA SONEHARA 10 o que levar a seta normal representa o movimento de 2 elétrons a meiaseta ou anzol representa o movimento de 1 único elétron o que lembrar quebra heterolítica quebra de ligação onde os dois elétrons dirigemse a um dos átomo divisão heterogênea entre os dois átomos quebra homolítica quebra de ligação onde cada elétron dirigese a um dos átomos divisão homogênea Nucleófilos Eletrófilos Nucleófilo centro rico em elétrons amante de núcleo capaz de reagir com uma carga positiva ou carga positiva parcial capaz de doar um par de elétrons Eletrófilo centro deficiente em elétrons amante de elétrons capaz de reagir com uma carga negativa ou carga negativa parcial capaz de aceitar um par de elétrons 11 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 2 Identifique os centros nucleofílicos nas moléculas abaixo 12 Identifique os centros eletrofílicos nas moléculas abaixo KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 IEDA SONEHARA O ataque nucleofílico um nucleófilo doa elétrons para um eletrófilo 13 o que levar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque do nucleófilo as demais indicam a movimentação fluxo de elétrons para manter a regra do octeto o que lembrar o resultado da doação de elétrons em um ataque nucleofílico pode levar a formação de ligação quebra de ligação formação de espécies neutras ou carregadas com excesso ou falta de elétrons sempre verifique a existência de cargas formais Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ataque nucleofílico exemplos 14 IEDA SONEHARA RESSONÂNCIA o que lembrar elétrons são nuvens de densidade eletrônica que se espalham através de regiões da molécula a representação da nuvem de elétrons de uma determinada molécula é possível através das estruturas de ressonância várias representações que caracterizam uma única molécula mostrando como a nuvem de densidade eletrônica se distribui na molécula IEDA SONEHARA 15 Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 RESSONÂNCIA 16 o que levar o híbrido de ressonância mostra que a carga positiva ou negativa se distribui entre dois ou mais locais carga deslocalizada o que lembrar as estruturas de ressonância são separadas por seta de duas pontas e colocadas entre colchetes para indicar que não são entidades separadas a deslocalização de carga é um fator de estabilização da molécula são representadas com auxílio de setas curvas IEDA SONEHARA AS SETAS CURVAS NA RESSONÂNCIA 17 o que levar as setas representam um movimento hipotético dos elétrons nunca se origina de ligação simples indicaria quebra da ligação o término posição final dos elétrons respeita o octeto para elementos da segunda linha da tabela periódica o que lembrar cauda mostra de onde os elétrons são provenientes ponta mostra destino dos elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS DE RESSONÂNCIA 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 3 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGAS FORMAIS E RESSONÂNCIA 20 o que levar a carga formal deve ser a mesma em todas as estruturas de ressonância conservação de carga Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4A 21 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Importância relativa das estruturas de ressonância IEDA SONEHARA 22 o que levar as estruturas de ressonância significantes mais importantes são as que não possuem carga ou possuem carga mínima exceção grupo nitro átomos EN podem ter carga positiva apenas se possuem o octeto de elétrons evite representação onde dois átomos de C possuem cargas opostas Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 PRATICANDO 4B 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4C 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância nucleofilicidade e eletrofilicidade 25 IEDA SONEHARA PRATICANDO 5 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância e ataque nucleofílico o que levar o ataque nucleofílico pode ocorrer em qualquer um dos vários centros eletrofílicos da molécula resultando em mistura de produtos o que lembrar as estruturas de ressonância não representam estados independentes da molécula os centros eletrofílicos ou nucleofílicos existem simultaneamente na mesma molécula sendo resultantes da distribuição da carga entre dois ou mais átomos 27 IEDA SONEHARA RESUMINDO 28 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA UM DESAFIO 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA ÁCIDOS BASES BRØNSTEDLOWRY IEDA SONEHARA 30 o que levar transferências de prótons são importantes nos mecanismos de reações químicas ácidos não perdem prótons sem a ajuda de uma base o que lembrar ácidos fortes possuem bases conjugadas muito estáveis Fatores de estabilização de carga negativa átomo sobre o qual a carga se localiza considerar eletronegatividadetamanho ressonância efeito indutivo hibridação do orbital Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 GRUPO ABANDONADOR Grupo abandonador grupo de saída leaving group 31 o que levar o grupo abandonador sai levando os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de elétrons movimentação dos elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA C e H não são grupos abandonadores Requisitos de um Grupo Abandonador íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa exceção Fluor pequeno volume pouco polarizável fluoreto possui baixa estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 32 PRATICANDO 6 Identifique o melhor grupo abandonador em cada um dos compostos abaixo 33 IEDA SONEHARA Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 1 Uma Revisão de Química Geral teoria exercícios seções 13 até 15 capítulo 2 Representações Moleculares teoria exercícios seções 24 até 211 capítulo 3 Ácidos e Bases teoria exercícios seções 31 até 38 34 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 1 Representação de estruturas em bastão teoria exercícios seções 15 e 16 capítulo 2 Ressonância teoria e exercícios seções 24 a 28 capítulo 3 Reações ÁcidoBase IEDA SONEHARA REAÇÕES QUÍMICAS E SEUS MECANISMOS Setas e padrões de setas Influências sobre mecanismos de reação 35 IEDA SONEHARA ETAPAS POSSÍVEIS EM UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS CURVAS EM MECANISMOS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 1 Ataque Nucleofílico caracterizado por nucleófilo atacando eletrófilo 38 o que levar a cauda é colocada no centro nucleofílico e a ponta é colocada no centro eletrofílico o que lembrar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque e as demais indicam fluxo de elétrons para manter a regra do octeto semelhante à ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 2 Perda de Grupo Abandonador Grupo abandonador grupo de saída leaving group 39 o que levar o grupo abandonador leva os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica fluxo de elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 3 Transferência de próton Caracterizada por duas setas curvas 40 o que levar a primeira seta indica a transferência a segunda seta indica o que acontece com os elétrons que mantinham o próton o que lembrar para que uma substância perca um próton uma base deve estar envolvida mesmo que não seja representada às vezes podem ser usadas mais do que duas setas curvas as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica para respeitar a regra do octeto Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 4 Rearranjo de Carbocátion migração de hidreto H ou migração de metila 41 o que levar carbocátions são estabilizados por grupos alquila vizinhos efeito I quanto mais grupos alquila vizinhos mais estáveis eles serão este tópico será detalhado no módulo de Substituição Nucleofílica reações de haletos de alquila Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 7 42 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8A Com base nas setas represente o intermediário de reação 43 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas represente os produtos ou intermediários que se formam de acordo com a setas apresentadas Não se esqueça das cargas formais IEDA SONEHARA 44 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 PRATICANDO 9A Complete os mecanismos adicionando as setas 45 IEDA SONEHARA PRATICANDO 9B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas desenhe as setas que mostram o movimento dos elétrons IEDA SONEHARA 46 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso A Etapa única ataque nucleofílico provoca a expulsão do grupo abandonador saída do GA necessária para permitir a formação da ligação sem violação da regra do octeto existe estado de transição nucleófilo em processo de formação de ligação com grupo abandonador em processo de quebra de ligação 47 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso B Duas etapas dissociação do grupo abandonador com formação de carbocátion seguido de ataque nucleofílico existência de intermediário estável planar carbocátion pode haver rearranjo de carbocátion 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Impedimento estérico Substituição Nucleofílica quanto mais impedido o centro eletrofílico mais difícil mais lenta a reação Estabilidade do carbocátion Substituição Nucleofílica quanto mais estável o carbocátion maior a possibilidade de dissociação do grupo abandonador 49 Solomons TWG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Ressonância Adição eletrofílica em sistemas conjugados a presença de ressonância determina quais produtos podem ser formados Condições de reação x estabilidade do produto Adição eletrofílica em sistemas conjugados condições brandas favorecem o produto que possui o carbocátion mais estável condições mais drásticas favorecem o produto mais estável 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO O caso da Substituição Nucleofílica Nucleófilos fortes e centro eletrofílico pouco impedido favorecem reação rápida em uma etapa mecanismo SN2 Em substratos quirais ocorre inversão de configuração 51 Nucleófilos fracos e centro eletrofílico impedido favorecem a dissociação lenta do grupo abandonador e reação em duas etapas mecanismo SN1 Em substrato quirais ocorre racemização McMurry J Química Orgânica v 1 trad 9ª ed Cengage 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PARA TERMINAR AS DIFERENTES SETAS IEDA SONEHARA 52 Adaptado de DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry John Wiley Sons 2006 Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 6 Reatividade química e mecanimos teoria conceitos seções 67 até 612 exercícios seções 67 até 610 53 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 8 Mecanismos teoria exercícios seções 81 até 84 IEDA SONEHARA REFERÊNCIAS CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Hoboken John Wiley Sons 2024 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v1 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRIHLE CB SNYDER SA Química Orgânica 12ª ed Rio de Janeiro LTC 2018 54 IEDA SONEHARA MECANISMOS DE REAÇÃO CONCEITOS BÁSICOS Estruturas de Lewis Cargas e efeitos de campo Nucleófilos e Eletrófilos Ressonânica Grupo Abandonador Setas de mecanismo ESTRUTURAS DE LEWIS 2 o que levar uma ligação química entre átomos é formada através do pareamento de um elétron de cada átomo o que lembrar átomos tendem a se ligar de maneira a alcançarem a configuração eletrônica de um gás nobre regra do octeto pares de elétrons não compartilhados ou elétrons não ligantes são denominados pares de elétrons livres ou pares isolados Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGA FORMAL 3 o que levar qualquer átomo que não apresenta o número apropriado de elétrons de valência possui uma carga formal que deve ser representada o que lembrar para identificar a carga formal determinar o número apropriado de elétrons de valência para um átomo determinar se o átomo apresenta o número apropriado de elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 1 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Localização de elétrons orbitais atômicos 5 o que levar na movimentação de elétrons eles se originam de ligações ou pares livres e formam ligações ou pares livres isolados o que lembrar os elétrons podem ser encontrados em dois locais ligações ou pares livres isolados IEDA SONEHARA Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 Pareamento de elétrons cargas e setas 6 o que levar o processo de pareamento de elétrons formação de ligação química é indicado por setas curvas indicando o movimento dos elétrons envolvidos o que lembrar no processo de formação ou quebra de ligações químicas pode haver envolvimento ou formação de espécies carregadas espécies carregadas não devem violar a regra do octeto IEDA SONEHARA CARGA PARCIAL 7 o que levar a indução provoca a formação de cargas parciais positiva e negativa simbolizadas pela letra grega o que lembrar a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos que formam uma ligação determinam o tipo desta ligação ligação covalente diferença de EN 05 ligação covalente polar diferença de EN entre 05 e 17 ligação iônica diferença de EN 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES NUCLEÓFILOS E ELETRÓFILOS 9 o que levar espécies que possuem excesso de elétrons são capazes de doálos para espécies que apresentam falta de elétrons este processo leva ao pareamento de elétrons e formação de ligações químicas este processo também pode levar à quebra de ligações e formação de espécies carregadas o que lembrar setas indicam movimentação dos elétrons a seta se inicia na origem dos elétrons cauda e termina no destino destes elétrons cabeça IEDA SONEHARA SETAS CURVAS TIPOS IEDA SONEHARA 10 o que levar a seta normal representa o movimento de 2 elétrons a meiaseta ou anzol representa o movimento de 1 único elétron o que lembrar quebra heterolítica quebra de ligação onde os dois elétrons dirigemse a um dos átomo divisão heterogênea entre os dois átomos quebra homolítica quebra de ligação onde cada elétron dirigese a um dos átomos divisão homogênea Nucleófilos Eletrófilos Nucleófilo centro rico em elétrons amante de núcleo capaz de reagir com uma carga positiva ou carga positiva parcial capaz de doar um par de elétrons Eletrófilo centro deficiente em elétrons amante de elétrons capaz de reagir com uma carga negativa ou carga negativa parcial capaz de aceitar um par de elétrons 11 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 2 Identifique os centros nucleofílicos nas moléculas abaixo 12 Identifique os centros eletrofílicos nas moléculas abaixo KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 IEDA SONEHARA O ataque nucleofílico um nucleófilo doa elétrons para um eletrófilo 13 o que levar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque do nucleófilo as demais indicam a movimentação fluxo de elétrons para manter a regra do octeto o que lembrar o resultado da doação de elétrons em um ataque nucleofílico pode levar a formação de ligação quebra de ligação formação de espécies neutras ou carregadas com excesso ou falta de elétrons sempre verifique a existência de cargas formais Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ataque nucleofílico exemplos 14 IEDA SONEHARA RESSONÂNCIA o que lembrar elétrons são nuvens de densidade eletrônica que se espalham através de regiões da molécula a representação da nuvem de elétrons de uma determinada molécula é possível através das estruturas de ressonância várias representações que caracterizam uma única molécula mostrando como a nuvem de densidade eletrônica se distribui na molécula IEDA SONEHARA 15 Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 RESSONÂNCIA 16 o que levar o híbrido de ressonância mostra que a carga positiva ou negativa se distribui entre dois ou mais locais carga deslocalizada o que lembrar as estruturas de ressonância são separadas por seta de duas pontas e colocadas entre colchetes para indicar que não são entidades separadas a deslocalização de carga é um fator de estabilização da molécula são representadas com auxílio de setas curvas IEDA SONEHARA AS SETAS CURVAS NA RESSONÂNCIA 17 o que levar as setas representam um movimento hipotético dos elétrons nunca se origina de ligação simples indicaria quebra da ligação o término posição final dos elétrons respeita o octeto para elementos da segunda linha da tabela periódica o que lembrar cauda mostra de onde os elétrons são provenientes ponta mostra destino dos elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS DE RESSONÂNCIA 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 3 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGAS FORMAIS E RESSONÂNCIA 20 o que levar a carga formal deve ser a mesma em todas as estruturas de ressonância conservação de carga Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4A 21 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Importância relativa das estruturas de ressonância IEDA SONEHARA 22 o que levar as estruturas de ressonância significantes mais importantes são as que não possuem carga ou possuem carga mínima exceção grupo nitro átomos EN podem ter carga positiva apenas se possuem o octeto de elétrons evite representação onde dois átomos de C possuem cargas opostas Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 PRATICANDO 4B 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4C 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância nucleofilicidade e eletrofilicidade 25 IEDA SONEHARA PRATICANDO 5 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância e ataque nucleofílico o que levar o ataque nucleofílico pode ocorrer em qualquer um dos vários centros eletrofílicos da molécula resultando em mistura de produtos o que lembrar as estruturas de ressonância não representam estados independentes da molécula os centros eletrofílicos ou nucleofílicos existem simultaneamente na mesma molécula sendo resultantes da distribuição da carga entre dois ou mais átomos 27 IEDA SONEHARA RESUMINDO 28 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA UM DESAFIO 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA ÁCIDOS BASES BRØNSTEDLOWRY IEDA SONEHARA 30 o que levar transferências de prótons são importantes nos mecanismos de reações químicas ácidos não perdem prótons sem a ajuda de uma base o que lembrar ácidos fortes possuem bases conjugadas muito estáveis Fatores de estabilização de carga negativa átomo sobre o qual a carga se localiza considerar eletronegatividadetamanho ressonância efeito indutivo hibridação do orbital Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 GRUPO ABANDONADOR Grupo abandonador grupo de saída leaving group 31 o que levar o grupo abandonador sai levando os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de elétrons movimentação dos elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA C e H não são grupos abandonadores Requisitos de um Grupo Abandonador íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa exceção Fluor pequeno volume pouco polarizável fluoreto possui baixa estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 32 PRATICANDO 6 Identifique o melhor grupo abandonador em cada um dos compostos abaixo 33 IEDA SONEHARA Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 1 Uma Revisão de Química Geral teoria exercícios seções 13 até 15 capítulo 2 Representações Moleculares teoria exercícios seções 24 até 211 capítulo 3 Ácidos e Bases teoria exercícios seções 31 até 38 34 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 1 Representação de estruturas em bastão teoria exercícios seções 15 e 16 capítulo 2 Ressonância teoria e exercícios seções 24 a 28 capítulo 3 Reações ÁcidoBase IEDA SONEHARA REAÇÕES QUÍMICAS E SEUS MECANISMOS Setas e padrões de setas Influências sobre mecanismos de reação 35 IEDA SONEHARA ETAPAS POSSÍVEIS EM UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS CURVAS EM MECANISMOS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 1 Ataque Nucleofílico caracterizado por nucleófilo atacando eletrófilo 38 o que levar a cauda é colocada no centro nucleofílico e a ponta é colocada no centro eletrofílico o que lembrar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque e as demais indicam fluxo de elétrons para manter a regra do octeto semelhante à ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 2 Perda de Grupo Abandonador Grupo abandonador grupo de saída leaving group 39 o que levar o grupo abandonador leva os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica fluxo de elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 3 Transferência de próton Caracterizada por duas setas curvas 40 o que levar a primeira seta indica a transferência a segunda seta indica o que acontece com os elétrons que mantinham o próton o que lembrar para que uma substância perca um próton uma base deve estar envolvida mesmo que não seja representada às vezes podem ser usadas mais do que duas setas curvas as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica para respeitar a regra do octeto Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 4 Rearranjo de Carbocátion migração de hidreto H ou migração de metila 41 o que levar carbocátions são estabilizados por grupos alquila vizinhos efeito I quanto mais grupos alquila vizinhos mais estáveis eles serão este tópico será detalhado no módulo de Substituição Nucleofílica reações de haletos de alquila Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 7 42 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8A Com base nas setas represente o intermediário de reação 43 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas represente os produtos ou intermediários que se formam de acordo com a setas apresentadas Não se esqueça das cargas formais IEDA SONEHARA 44 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 PRATICANDO 9A Complete os mecanismos adicionando as setas 45 IEDA SONEHARA PRATICANDO 9B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas desenhe as setas que mostram o movimento dos elétrons IEDA SONEHARA 46 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso A Etapa única ataque nucleofílico provoca a expulsão do grupo abandonador saída do GA necessária para permitir a formação da ligação sem violação da regra do octeto existe estado de transição nucleófilo em processo de formação de ligação com grupo abandonador em processo de quebra de ligação 47 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso B Duas etapas dissociação do grupo abandonador com formação de carbocátion seguido de ataque nucleofílico existência de intermediário estável planar carbocátion pode haver rearranjo de carbocátion 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Impedimento estérico Substituição Nucleofílica quanto mais impedido o centro eletrofílico mais difícil mais lenta a reação Estabilidade do carbocátion Substituição Nucleofílica quanto mais estável o carbocátion maior a possibilidade de dissociação do grupo abandonador 49 Solomons TWG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Ressonância Adição eletrofílica em sistemas conjugados a presença de ressonância determina quais produtos podem ser formados Condições de reação x estabilidade do produto Adição eletrofílica em sistemas conjugados condições brandas favorecem o produto que possui o carbocátion mais estável condições mais drásticas favorecem o produto mais estável 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO O caso da Substituição Nucleofílica Nucleófilos fortes e centro eletrofílico pouco impedido favorecem reação rápida em uma etapa mecanismo SN2 Em substratos quirais ocorre inversão de configuração 51 Nucleófilos fracos e centro eletrofílico impedido favorecem a dissociação lenta do grupo abandonador e reação em duas etapas mecanismo SN1 Em substrato quirais ocorre racemização McMurry J Química Orgânica v 1 trad 9ª ed Cengage 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PARA TERMINAR AS DIFERENTES SETAS IEDA SONEHARA 52 Adaptado de DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry John Wiley Sons 2006 Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 6 Reatividade química e mecanimos teoria conceitos seções 67 até 612 exercícios seções 67 até 610 53 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 8 Mecanismos teoria exercícios seções 81 até 84 IEDA SONEHARA REFERÊNCIAS CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Hoboken John Wiley Sons 2024 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v1 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRIHLE CB SNYDER SA Química Orgânica 12ª ed Rio de Janeiro LTC 2018 54 IEDA SONEHARA ADIÇÃO A ALDEÍDOS E CETONAS Reações de Adição Nucleofílica REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS PODER NUCLEOFÍLICO alteração principal no substrato envolve o ataque de um nucleófilo espécie reativa reagente nucleofílico ligase a substratos pobres em elétrons substratos que possuem carga positiva ou dipolo positivo poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade polarizabilidade relacionado ao volume do átomo quanto maior a distância dos elétrons do núcleo maior a facilidade de separação de carga polarização maior a facilidade de doação destes elétrons para centro deficiente em elétrons Nucleófilos fortes espécies carregadas átomos de maior volume enxofre pares de elétrons distantes do núcleo facilmente doados para outras espécies cuidado flúor eletronegatividade muito forte dificulta a doação dos elétrons para outras espécies Nucleófilos fracos espécies sem carga exceção para átomos de grande volume veja enxofre polarizabilidade exceção para flúor alta eletronegatividade 2 Ieda Sonehara CARBONILA polarização da ligação carbono oxigênio geometria trigonal planar pouco impedimento estérico permite tanto reações eletrofílicas como nucleofílicas adição eletrofílica ataque de um eletrófilo sobre o oxigênio adição nucleofílica ataque de um nucleófilo sobre o carbono 3 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO GERAL 4 a carbonila de aldeídos e cetonas não é eletrofílica o suficiente para sofrer reação produtiva com nucleófilos fracos necessidade de protonação uso de catalisador ácido Ieda Sonehara REATIVIDADE DE ALDEÍDOS E CETONAS aldeídos cetonas efeito eletrônico carbonila de aldeídos possui maior carga parcial positiva influência de grupos R em cetonas diminui eletrofilicidade efeito estérico volume de grupos substituintes dificulta acesso do nucleófilo ao C eletrofílico 5 aldeídos alquílicos aldeídos aromáticos efeito de ressonância deslocalizando carga positiva Ieda Sonehara ADIÇÃO À CARBONILA NUCLEÓFILOS COMUNS 6 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO ÁCIDO possibilita reação com nucleófilos fracos meio ácido protonação da carbonila ataque nucleofílico sobre H ácido formação de espécie carregada eletrófilo mais reativo que carbonila neutra reação possível com nucleófilos menos reativos 7 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO BÁSICO formação de nucleófilo forte por desprotonação 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO ocorre com adição de reagentes que formam produto com bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa 9 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO ENZIMÁTICO generalização 10 Ieda Sonehara Sítio catalítico grupo básico capaz de desprotonar nucleófilo no início do ataque aumento da nucleofilicidade grupo doador de próton capaz de protonar carbonila aumento da eletrofilicidade do carbono carbonílico efeito indutivo e neutralização de carga negativa formada Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 OXIGÊNIO COMO NUCLEÓFILO Hemiacetais e hemicetais Acetais e cetais 11 FORMAÇÃO DE HEMIACETAIS E HEMICETAIS adição de um mol de álcool a um mol de aldeído hemiacetal ou cetona hemicetal atualmente ambos podem ser chamados de hemiacetais reação geralmente catalisada por ácido aumento de eletrofilicidade da carbonila por protonação pode ocorrer em catálise básica aumento da nucleofilicidade do álcool por ionização desprotonação à base conjugada formação do ânion reações reversíveis posição de equilíbrio depende da natureza dos reagentes maior estabilidade de hemiacetaishemicetais cíclicos reação intramolecular separação das funções por 34 C origina anéis estericamente favoráveis 56 membros 12 Ieda Sonehara HEMIACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO Catálise ácida Ieda Sonehara 13 Catálise básica HEMIACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 14 Catálise básica Catálise ácida ASPECTO BIOLÓGICO ALDOSES CETOSES Ieda Sonehara 15 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 forma cíclica de aldoses e cetoses com 5 ou mais C hemiacetal reação intramolecular espontânea em meio aquoso água atua como ácido e base mutarrotação da glicose equilíbrio entre forma de cadeia aberta aldeído e duas formas hemiacetal isoméricas e piranoses FORMAÇÃO DE ACETAIS E CETAIS adição de dois moles de álcool a um mol de aldeído acetal ou cetona cetal atualmente ambos podem ser chamados de acetais reação de hemiacetais e cetais com uma molécula adicional de álcool catálise ácida somente reversibilidade boa conversão necessita deslocamento do equilíbrio para a formação do produto uso de excesso de álcool retirada de água DeanStark hidrólise em meio ácido regeneração de aldeídos e cetonas DEANSTARK solvente forma mistura azeotrópica com água água depositase na parte inferior do Dean Stark pode ser medidoretirado solvente retorna ao balão de reação Ieda Sonehara 16 ACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara estericamente impedido ACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 18 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA ligação Oglicosídica entre dois monossacarídeos acetal reação entre grupo OH de uma molécula de açúcar e hemiacetal intramolecular de outra molécula Ieda Sonehara 19 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA Mecanismo bioquímico 1ª etapa ativação do hemiacetal para formação de grupo abandonador grupo glicosila ativado glicosilfosfato ou glicosil UDP 2ª etapa ataque nucleofílico pelo álcool do segundo açúcarmolécula Ieda Sonehara 20 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 ASPECTO BIOLÓGICO LISOZIMA Ieda Sonehara 21 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 enzima de mamíferos capaz de hidrolisar ligação glicosídica entre os resíduos NAGNAM da camada de peptidoglicano da parede bacteriana RACIOCÍNIO QUAL O PRODUTO 22 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 23 Obs TsOH ácido ptoluenossulfônico Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 2 Qual o mecanismo das reações apresentadas Em cada uma delas identifique o hemiacetal 24 Ieda Sonehara DESAFIO 1 Qual o produto da seguinte reação Dica a carbonila de ésteres é menos reativa para reações de adição nucleofílica que a de aldeídos e cetonas por quê 25 Grupo de proteção acetal cíclico é facilmente hidrolisado em condições ácidas revertendo ao grupo carbonílico correspondente Desafio parte 2 represente o mecanismo de reação da hidrólise ácida do produto Ieda Sonehara DESAFIO 2 Qual o mecanismo da seguinte reação 26 Ieda Sonehara APLICAÇÃO EM FÁRMACOS DEGRADAÇÃO DE ERITROMICINAS eritromicinas instáveis quimicamente formação de cetal cíclico interno catalizado por ácido inativo não devem ser administrados por via oral minimizado por formulação em comprimidos revestidos 27 Ieda Sonehara claritromicina azitromicina ENXOFRE COMO NUCLEÓFILO ANÁLOGOS SULFURADOS Hemitioacetais Hemitiocetais tioacetais tiocetais Resultado da reação de tióis com aldeídos e cetonas S melhor nucleófilo que O reações mais favoráveis elétrons em átomos mais volumosos são mais facilmente polarizáveis uso de BF3 como catalisador para tornar a carbonila mais eletrofílica 28 reação de tioacetais com Ni de Raney leva à redução total Ieda Sonehara N COMO NUCLEÓFILO Iminas Enaminas 29 IMINAS BASES DE SCHIFF resultado da adição de aminas primárias RNH2 à carbonila de aldeídos ou cetonas seguido de eliminação de H2O desidratação nucleófilo N com par de elétrons livre reação ocorre em faixa de pH restrito 46 N nãoprotonado 30 Ieda Sonehara reversibilidade reação de eliminação catalisada por ácido depende de presença de grupo abandonador saída do melhor grupo abandonador IMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 31 ácido é necessário para a reação porém sua presença na 1ª etapa leva à perda do nucleófilo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 cetonas assimétricas formação de dois produtos isoméricos Velocidade de formação de imina em função do pH Ieda Sonehara IMINAS MECANISMO DE HIDRÓLISE 32 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 33 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ENAMINAS resultado da adição de aminas secundárias RNHR à carbonila de aldeídos e cetonas seguida por desidratação catalisada por ácido eliminação de H2O resulta em íon imínio necessita da perda de um próton proveniente do carbono vizinho para tornarse neutro 35 Ieda Sonehara ENAMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 36 cetonas assimétricas produto principal geralmente é aquele com a dupla ligação menos substituída Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara IMINAS vs ENAMINAS DIFERENÇAS NO MECANISMO ÚLTIMAS ETAPAS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO ALDOLASE frutose16bisfosfato aldolase catalisa a clivagem da FBP formando GAP e DHAP condensação aldólica reversa Etapas da reação ligação do substrato formação de base de Schiff entre Lys e FBP clivagem do aldol formando enamina e liberando GAP tautomerização isomerização com formação de imina seguida de protonação hidrólise da base de Schiff e liberação de DHAP Ieda Sonehara 38 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 COMPARAÇÃO DE MECANISMOS CETAL IMINA ENAMINA 39 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 40 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo 41 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 Represente o mecanismo das seguintes reações 42 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO E DE HIDROGÊNIO Cianetos Acetilidas Reagentes Organometálicos HIdretos 44 CIANETOS reação de aldeídos e cetonas com HCN leva à formação de hidroxinitrilas cianoidrinas HCN ácido fraco incapaz de fornecer prótons suficientes para iniciar reação catalisada por ácido ionização parcial fornece ânion cianeto nucleófilo forte uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico tratamento com base aquosa leva à reversão da reação 45 cianoidrina Ieda Sonehara ACETILIDAS reação de acetilidas com aldeídos e cetonas seguido de acidificação produz álcool inserção de tripla ligação permitindo novas reações Ieda Sonehara 46 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS REAGENTES DE GRIGNARD reações com aldeídos e cetonas os compostos de Grignard reagem em duas etapas 1ª etapa formação de complexo entre metal e oxigênio 2ª etapa adição de ácido decomposição do complexo metaloxigênio por acidificação da mistura adição de fonte de prótons o reagente de Grignard se decompõe em contato com a água a adição de ácido deve ocorrer somente após o término da primeira reação 47 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 9 Qual o produto e o mecanismo das seguintes reações 48 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO redução de aldeídos e cetonas a álcool de forma simplificada interpretado como ataque nucleofílico de hidreto H seguido por retirada de um próton do solvente ocorre adição de água ou ácido aquoso em uma segunda etapa para formação do álcool 49 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 10 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo de reação 50 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH hidrogenaçãodesidrogenação biológica coenzima especializada em transferência de hidreto NAD NADP aceptores de hidreto oxidantes NADH NADPH doadores de hidreto redutores Ieda Sonehara 51 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH substrato cetona e cofator NADPH ligados ao sítio ativo da enzima aminoácido presente no sítio catalítico doa próton para O carbonílico aumento da eletrofilicidade do C carbonílico que sofre ataque de hidreto proveniente do NADPH não ocorre formação de hidreto livre proximidade do centro eletrofílico e C doador de hidreto C4 do NAD Ieda Sonehara 52 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 RESUMO 53 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 20 aldeídos e cetonas teoria exercícios seções 204 a 2010 54 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 5 teoria exercícios seções 52 a 57 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro LTC 2016 2v NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v 2 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 55 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS Substituição Nucleofílica Acílica AdiçãoEliminação SUBSTITUIÇÃO ACÍLICA ADIÇÃOELIMINAÇÃO reações envolvendo carbonila de ácidos carboxílicos e derivados processo real adiçãoeliminação deve ser representado sempre com as etapas de adição e eliminação embora o resultado final possa ser visualizado como uma SN2 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REGRAS GERAIS regra de ouro após ataque à carbonila sempre procurar regenerar a carbonila porém nunca expelir H ou C 3 1 pode ser necessário uma etapa de transferência de próton no ínício do mecanismo antes do ataque do nucleófilo 2 etapas de transferência de próton podem ou não ser necessárias no meio do mecanismo após o ataque à carbonila porém antes de sua regeneração 3 uma etapa de transferência de próton pode ou não ser necessária ao final do mecanismo após a regeneração do grupo carbonílico Ieda Sonehara EXEMPLOS 4 não há necessidade de transferência de próton uma transferência única de próton necessária ao final do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 5 transferências de prótons necessárias em vários momentos do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 6 o segundo ataque só é possível se houver possibilidade de regeneração da carbonila lembrar que não se pode expulsar H ou C Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara REATIVIDADE depende da natureza do grupo abandonador aumento da reatividade possível com reações em meio ácido reações de ácidos carboxílicos ésteres e amidas aldeídos e cetonas não possuem grupo abandonador sofrem reações de adição 7 Composto Grupo Abandonador Reativos bons grupos abandonadores Haletos de Acila Cl Br Tioácidos HS Tioésteres RS anidridos RCOO Moderadamente reativos bons grupos abandonadores por protonação Ácidos H2O HO Ésteres ROH RO Amidas NH3 NH2 RNH2 R2NH Nãoreativos grupo abandonador pobre aldeídos H cetonas R Reatividade Ieda Sonehara HALETOS DE ACILA HALETOS DE ACILA mais reativos entre os derivados de ácido possuem os grupos abandonadores mais estáveis possível preparação de todos os derivados de ácidos carboxílicos a partir de haletos de acila Síntese de haletos de acila reação de ácido carboxílico com cloreto de tionila SOCl2 transforma OH em excelente grupo abandonador fonte de íons cloreto para ataque à carbonila obtenção de cloreto de acila 9 Ieda Sonehara CLORETO DE ACILA SÍNTESE 10 gás naturalmente perdido do meio reacional deslocamento da reação Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ACILA 11 py piridina base ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona dialquilcupratos de lítio são nucleófilos de C menos reativos que reagentes de Grignard não reagem com cetonas Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 MECANISMOS HIDRÓLISE formação de ácido carboxílico hidrólise de haletos de ácido piridina py sequestrante de HCl impedindo sua participação em reações secundárias 12 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS FORMAÇÃO DE ÉSTER AMIDA formação de éster e amida piridina sequestrante de próton 13 uso de excesso de amina Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários redução de haletos de ácido formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 14 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica 15 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 Proponha mecanismos para as reações 16 Ieda Sonehara ANIDRIDOS DE ÁCIDO ANIDRIDOS DE ÁCIDO quase tão reativos quanto haletos de acila reações similares às dos haletos de acila grupo abandonador carboxilato estabilizado por ressonância Síntese de anidridos preparados por reação de ácido carboxílico e haleto de acila uso de piridina como sequestrante de HCl não necessário se houver uso de sal de ácido carboxílico íon carboxilato 18 estabilizado por ressonância Ieda Sonehara REAÇÕES DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO 19 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 EXEMPLO SÍNTESE DE FÁRMACOS ASPIRINA PARACETAMOL 20 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 Preveja os produtos principais das seguintes reações 21 Ieda Sonehara ÉSTERES 22 ÉSTERES menos reativos que haletos de acila e anidridos Síntese de ésteres a partir de derivados de ácido mais reativos que ésteres haleto de ácido em presença de piridina anidrido de ácido a partir de ácido carboxílico reação com 1 SOCl2 formação de haleto e 2 álcool reação com álcoois em uma etapa em presença de ácido catalisador equilíbrio de reação desfavorável necessidade de remoção de água ou uso de excesso de um dos reagentes 23 Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ÁCIDO CARBOXÍLICO reação de ácidos carboxílicos com álcoois em presença de catalisador ácido esterificação de Fisher início com protonação da carbonila aumento de reatividade aumento de eletrofilicidade da carbonila 24 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE HALETOS DE ACILA reação de haletos de acila com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 25 síntese de éster a partir de cloreto de acila ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO reação de anidridos com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 26 síntese de éster a partir de anidrido ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE OUTROS ÉSTERES transesterificação reação de éster com excesso de álcool possível catálise ácida ou básica 27 síntese de éster por transesterificação ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara TRANSESTERIFICAÇÃO MECANISMO DE AÇÃO DO AAS reação de transesterificação entre ácido acetilsalicílico Aspirina e resíduo de aminoácido presente no sítio catalítico da enzima ciclooxigenase levando à inibição enzimática 28 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÉSTERES 29 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário Ieda Sonehara MECANISMOS HIDRÓLISE todos os derivados de ácidos carboxílicos hidrolisam ao ácido carboxílico por ação da água como nucleófilo haletos de alquila e anidridos hidrólise rápida ésteres e amidas hidrólise lenta normalmente necessitando de catálise ácida ou básica hidrólise de ésteres em condições ácidas reverso da reação de esterificação de Fischer hidrólise de ésteres em condições básicas saponificação 30 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES CATÁLISE ÁCIDA 31 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE I 1ª etapa pode ser entendida como transesterificação com perda de álcool colina resulta em enzima acilada esterificada e inativa 32 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE II 2ª etapa hidrólise do éster com saída de ácido carboxílico ác acético regeneração da enzima 33 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara FÁRMACO INIBIDOR DE ACETILCOLINESTERASE fisostigmina utilizado em tratamento de glaucoma e doença de Alzheimer 34 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES HIDRÓLISE BÁSICA SAPONIFICAÇÃO nucleófilo hidróxido reação irreversível formação de ânion carboxilato ao final não há catalisador base é reagente após término da reação é necessário adição de ácido diluído para isolar o ácido carboxílico 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO SABÃO Sabão dissolução de óleo em água através da formação de micelas Ieda Sonehara 36 produção de sabão a partir de gorduras e óleos triacilgliceróis por hidrólise básica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD 38 formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Proponha mecanismos para as reações 39 Ieda Sonehara AMIDAS E NITRILAS 40 AMIDAS dentre os derivados de ácido carboxílico são as menos reativas sintetizadas a partir de haletos de acila anidridos de ácidos e ésteres reação de amônia aminas primárias e amidas secundárias com derivados de ácidos carboxílicos necessidade de remoção de próton do nucleófilo de nitrogênio no decorrer da reação não ocorre com aminas terciárias reação com ácido carboxílico formação de sal entre ácido e amina ataque nucleofílico possível somente com aquecimento do sal de amônio 41 Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE HALETOS DE ACILA necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 42 síntese de amida a partir de cloreto de acila Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ANIDRIDOS necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 43 síntese de amida a partir de anidrido Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ÉSTERES dois possíveis grupos abandonadores alcóxido ou amina saída de amina melhor grupo abandonador não leva a progresso da reação eventualmente ocorre saída de alcóxido 44 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara DESAFIO Represente um mecanismo plausível para a reação abaixo 45 Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS HIDRÓLISE amidas sofrem hidrólise ácida ou básica mais lenta em relação a ésteres menor reatividade da carbonila ao ataque nucleofílico amida nãobásica ressonância do par de elétrons livre do N com a carbonila hidrólise ácida ataque nucleofílico da água sobre a carbonila protonada hidrólise básica segue mesmo mecanismo dos ésteres necessita condições vigorosas 46 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE ÁCIDA 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE BÁSICA 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE PENICILINAS INATIVAÇÃO 49 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS REDUÇÃO amidas comportamse de forma diferenciada redução da carbonila a grupo metileno com retenção do grupo amínico presença de grupos abandonadores mais eficientes que amida formação de íon imínio reduzido a amina secundária 50 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara NITRILAS síntese de nitrilas reação de haleto de alquila com cianeto reação SN2 ocorre com haletos primários e secundários hidratação de nitrilas resulta em amidas condições ácidas ou básicas há ataque à carbonila porém não há necessidade de saída de grupo abandonador regeneração de carbonila ocorre por transferência de prótons 51 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO ÁCIDO 52 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO BÁSICO 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 Proponha mecanismos para as reações abaixo 54 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Preveja os produtos das reações abaixo 55 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 1 Qual o produto principal de cada uma das reações abaixo 56 2 Complete as reações abaixo com os reagentes necessários Ieda Sonehara PRATICANDO 7 57 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Proponha sínteses eficientes para cada uma das transformações abaixo 58 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE P Y Organic Chemistry 4th ed PrenticeHall 2003 CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC Press 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 2 59 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS Substituição Nucleofílica Acílica AdiçãoEliminação SUBSTITUIÇÃO ACÍLICA ADIÇÃOELIMINAÇÃO reações envolvendo carbonila de ácidos carboxílicos e derivados processo real adiçãoeliminação deve ser representado sempre com as etapas de adição e eliminação embora o resultado final possa ser visualizado como uma SN2 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REGRAS GERAIS regra de ouro após ataque à carbonila sempre procurar regenerar a carbonila porém nunca expelir H ou C 3 1 pode ser necessário uma etapa de transferência de próton no ínício do mecanismo antes do ataque do nucleófilo 2 etapas de transferência de próton podem ou não ser necessárias no meio do mecanismo após o ataque à carbonila porém antes de sua regeneração 3 uma etapa de transferência de próton pode ou não ser necessária ao final do mecanismo após a regeneração do grupo carbonílico Ieda Sonehara EXEMPLOS 4 não há necessidade de transferência de próton uma transferência única de próton necessária ao final do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 5 transferências de prótons necessárias em vários momentos do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 6 o segundo ataque só é possível se houver possibilidade de regeneração da carbonila lembrar que não se pode expulsar H ou C Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara REATIVIDADE depende da natureza do grupo abandonador aumento da reatividade possível com reações em meio ácido reações de ácidos carboxílicos ésteres e amidas aldeídos e cetonas não possuem grupo abandonador sofrem reações de adição 7 Composto Grupo Abandonador Reativos bons grupos abandonadores Haletos de Acila Cl Br Tioácidos HS Tioésteres RS anidridos RCOO Moderadamente reativos bons grupos abandonadores por protonação Ácidos H2O HO Ésteres ROH RO Amidas NH3 NH2 RNH2 R2NH Nãoreativos grupo abandonador pobre aldeídos H cetonas R Reatividade Ieda Sonehara HALETOS DE ACILA 8 HALETOS DE ACILA mais reativos entre os derivados de ácido possuem os grupos abandonadores mais estáveis possível preparação de todos os derivados de ácidos carboxílicos a partir de haletos de acila Síntese de haletos de acila reação de ácido carboxílico com cloreto de tionila SOCl2 transforma OH em excelente grupo abandonador fonte de íons cloreto para ataque à carbonila obtenção de cloreto de acila 9 Ieda Sonehara CLORETO DE ACILA SÍNTESE 10 gás naturalmente perdido do meio reacional deslocamento da reação Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ACILA 11 py piridina base ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona dialquilcupratos de lítio são nucleófilos de C menos reativos que reagentes de Grignard não reagem com cetonas Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 MECANISMOS HIDRÓLISE formação de ácido carboxílico hidrólise de haletos de ácido piridina py sequestrante de HCl impedindo sua participação em reações secundárias 12 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS FORMAÇÃO DE ÉSTER AMIDA formação de éster e amida piridina sequestrante de próton 13 uso de excesso de amina Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários redução de haletos de ácido formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 14 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica 15 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 Proponha mecanismos para as reações 16 Ieda Sonehara ANIDRIDOS DE ÁCIDO 17 ANIDRIDOS DE ÁCIDO quase tão reativos quanto haletos de acila reações similares às dos haletos de acila grupo abandonador carboxilato estabilizado por ressonância Síntese de anidridos preparados por reação de ácido carboxílico e haleto de acila uso de piridina como sequestrante de HCl não necessário se houver uso de sal de ácido carboxílico íon carboxilato 18 estabilizado por ressonância Ieda Sonehara REAÇÕES DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO 19 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 EXEMPLO SÍNTESE DE FÁRMACOS ASPIRINA PARACETAMOL 20 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 Preveja os produtos principais das seguintes reações 21 Ieda Sonehara ÉSTERES 22 ÉSTERES menos reativos que haletos de acila e anidridos Síntese de ésteres a partir de derivados de ácido mais reativos que ésteres haleto de ácido em presença de piridina anidrido de ácido a partir de ácido carboxílico reação com 1 SOCl2 formação de haleto e 2 álcool reação com álcoois em uma etapa em presença de ácido catalisador equilíbrio de reação desfavorável necessidade de remoção de água ou uso de excesso de um dos reagentes 23 Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ÁCIDO CARBOXÍLICO reação de ácidos carboxílicos com álcoois em presença de catalisador ácido esterificação de Fisher início com protonação da carbonila aumento de reatividade aumento de eletrofilicidade da carbonila 24 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE HALETOS DE ACILA reação de haletos de acila com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 25 síntese de éster a partir de cloreto de acila ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO reação de anidridos com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 26 síntese de éster a partir de anidrido ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE OUTROS ÉSTERES transesterificação reação de éster com excesso de álcool possível catálise ácida ou básica 27 síntese de éster por transesterificação ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara TRANSESTERIFICAÇÃO MECANISMO DE AÇÃO DO AAS reação de transesterificação entre ácido acetilsalicílico Aspirina e resíduo de aminoácido presente no sítio catalítico da enzima ciclooxigenase levando à inibição enzimática 28 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÉSTERES 29 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário Ieda Sonehara MECANISMOS HIDRÓLISE todos os derivados de ácidos carboxílicos hidrolisam ao ácido carboxílico por ação da água como nucleófilo haletos de alquila e anidridos hidrólise rápida ésteres e amidas hidrólise lenta normalmente necessitando de catálise ácida ou básica hidrólise de ésteres em condições ácidas reverso da reação de esterificação de Fischer hidrólise de ésteres em condições básicas saponificação 30 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES CATÁLISE ÁCIDA 31 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE I 1ª etapa pode ser entendida como transesterificação com perda de álcool colina resulta em enzima acilada esterificada e inativa 32 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE II 2ª etapa hidrólise do éster com saída de ácido carboxílico ác acético regeneração da enzima 33 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara FÁRMACO INIBIDOR DE ACETILCOLINESTERASE fisostigmina utilizado em tratamento de glaucoma e doença de Alzheimer 34 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES HIDRÓLISE BÁSICA SAPONIFICAÇÃO nucleófilo hidróxido reação irreversível formação de ânion carboxilato ao final não há catalisador base é reagente após término da reação é necessário adição de ácido diluído para isolar o ácido carboxílico 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO SABÃO Sabão dissolução de óleo em água através da formação de micelas Ieda Sonehara 36 produção de sabão a partir de gorduras e óleos triacilgliceróis por hidrólise básica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD 38 formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Proponha mecanismos para as reações 39 Ieda Sonehara AMIDAS E NITRILAS 40 AMIDAS dentre os derivados de ácido carboxílico são as menos reativas sintetizadas a partir de haletos de acila anidridos de ácidos e ésteres reação de amônia aminas primárias e amidas secundárias com derivados de ácidos carboxílicos necessidade de remoção de próton do nucleófilo de nitrogênio no decorrer da reação não ocorre com aminas terciárias reação com ácido carboxílico formação de sal entre ácido e amina ataque nucleofílico possível somente com aquecimento do sal de amônio 41 Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE HALETOS DE ACILA necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 42 síntese de amida a partir de cloreto de acila Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ANIDRIDOS necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 43 síntese de amida a partir de anidrido Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ÉSTERES dois possíveis grupos abandonadores alcóxido ou amina saída de amina melhor grupo abandonador não leva a progresso da reação eventualmente ocorre saída de alcóxido 44 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara DESAFIO Represente um mecanismo plausível para a reação abaixo 45 Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS HIDRÓLISE amidas sofrem hidrólise ácida ou básica mais lenta em relação a ésteres menor reatividade da carbonila ao ataque nucleofílico amida nãobásica ressonância do par de elétrons livre do N com a carbonila hidrólise ácida ataque nucleofílico da água sobre a carbonila protonada hidrólise básica segue mesmo mecanismo dos ésteres necessita condições vigorosas 46 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE ÁCIDA 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE BÁSICA 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE PENICILINAS INATIVAÇÃO 49 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS REDUÇÃO amidas comportamse de forma diferenciada redução da carbonila a grupo metileno com retenção do grupo amínico presença de grupos abandonadores mais eficientes que amida formação de íon imínio reduzido a amina secundária 50 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara NITRILAS síntese de nitrilas reação de haleto de alquila com cianeto reação SN2 ocorre com haletos primários e secundários hidratação de nitrilas resulta em amidas condições ácidas ou básicas há ataque à carbonila porém não há necessidade de saída de grupo abandonador regeneração de carbonila ocorre por transferência de prótons 51 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO ÁCIDO 52 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO BÁSICO 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 Proponha mecanismos para as reações abaixo 54 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Preveja os produtos das reações abaixo 55 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 1 Qual o produto principal de cada uma das reações abaixo 56 2 Complete as reações abaixo com os reagentes necessários Ieda Sonehara PRATICANDO 7 57 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Proponha sínteses eficientes para cada uma das transformações abaixo 58 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE P Y Organic Chemistry 4th ed PrenticeHall 2003 CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC Press 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 2 59 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 1 ETAPAS DE UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 3 ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO em reações nãobiológicas ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion SN2 reação concertada ocorre em uma etapa REAÇÃO CONCERTADA ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador formação de estado de transição planar ocorre INVERSÃO DE CONFIGURAÇÃO de centro quiral ataque do nucleófilo por um lado saída do grupo abandonador pelo outro 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara SN1 reação em múltiplas etapas ocorre em duas etapas 1 saída do grupo abandonador com formação de carbocátion lento 2 ataque nucleofílico sobre o carbocátion rápido importância da formação e estabilização do carbocátion facilidade de dissociação do grupo abandonador estabilização do carbocátion pelos substituintes e por solvente solvatação ocorre RACEMIZAÇÃO ataque pode ocorrer por qualquer lado do carbocátion Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 5 Salbutamol ligado ao receptor βadrenérgico Complementaridade estereoquímica espacial Interações conformação preferida forças de ligação 27 Isômeros RS encaixe no alvo 33 SN2 X SN1 DIAGRAMAS DE ENERGIA SN2 SN1 7 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara Ieda Sonehara 8 SN2 ataque eletrofílico sobre o nucleófilo com saída do grupo abandonador FATORES ESTÉRICOS influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável Carbono 1ário 2ário 3ário SN1 saída do grupo abandonador e formação de carbocátion seguido por ataque nucleofílico sobre o carbocátion ESTABILIZAÇÃO DO CARBOCÁTION por efeito indutivo I hiperconjugação favorável Carbono 3ário 2ário 1ário McMurry J Química Orgânica trad 9ª ed v1 Cengage 2016 SolomonsG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 REVISANDO CONCEITOS NUCLEÓFILO Nucleófilos espécies ricas em elétrons que procuram centro de carga positiva núcleo tipicamente possuem carga negativa ou par de elétrons livre compostos com ligações alcenos alcinos aromáticos podem também atuar como nucleófilos poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade POLARIZABILIDADE relacionado ao volume do átomo distância dos elétrons do núcleo facilidade de polarização Ieda Sonehara 9 C e H não são grupos abandonadores REVISANDO CONCEITOS GRUPO ABANDONADOR íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 10 VELOCIDADE DE REAÇÃO PREDOMINÂNCIA DE MECANISMOS SN2 Eletrófilo Substrato fatores estéricos influenciam facilidade de ataque do nucleófilo favorável C 1ário 2ário 3ário Nucleófilo forte fraco Grupo Abandonador efeito menos sensível que em SN1 SN1 Eletrófilo Substrato estabilidade do carbocátion influencia sua velocidade de formação favorável C 3ário 2ário 1ário Nucleófilo fraco forte permite competição com SN2 Grupo Abandonador estabilidade importante grupos altamente estabilizados Ieda Sonehara 11 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE ISOPRENOIDES Ieda Sonehara 12 enzima geranilpirofosfato sintase isoprenoides intermediários na síntese de terpenos e esteróis grupo abandonador pirofosfato nucleófilo elétrons Ieda Sonehara 13 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ENZIMAS CATALISADORES BIOLÓGICOS Catalisadores promovem aumento da velocidade de reação por estabilização do estado de transição diminuindo a energia de ativação participam do mecanismo da reação porém não são consumidos Mecanismos possíveis da catálise enzimática posicionamento de moléculas reagentes próximas uma da outra no sítio ativo precisamente na orientação necessária para reação ligação de substratos de tal forma que assumam conformação adequadanecessária para reação aumento da reatividade dos substratos muitas vezes com participação de resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico estabilização dos estados de transição das etapas limitantes Ieda Sonehara 14 BERG et al Bioquímica Guanabara Koogan 2021 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Inibidores de ECA Ieda Sonehara 15 HARVISON PJ HARROLD MW 2020 LEMKE T et al 2017 No intermediário da reação catalisada pela ECA o carbono tetraédrico é hidrolisável Nos fármacos os carbonos indicados são tetraédricos porém não são suscetíveis à hidrólise INTERMEDIÁRIO TETRAÉDRICO REAÇÕES LABORATORIAIS VS REAÇÕES BIOLÓGICAS Laboratório Catalisadores mais comumente não biológicos ácidos bases metais de transição Solvente ampla variedade polaridade variável Mistura reacional altamente purificada em altas concentrações Temperatura variada pH reações ocorrem frequentemente em presença de ácidos ou bases fortes Organismo vivo Catalisadores enzimas Solvente meio aquoso celular Mistura reacional mistura complexa de diferentes biomoléculas em solução e em baixas concentrações nano a milimolar Temperatura faixa estreita específica para o organismo pH solução aquosa tamponada para pH específico cerca de 70 para maioria dos organismos vivos Ieda Sonehara 16 PRATICANDO 1 Para cada composto abaixo verifique se o grupo abandonador forma um carbocátion estável necessário para reações SN1 17 Identifique se os nucleófilos abaixo favorecem SN1 ou SN2 a H2O b NaOH c CH3SH d CH3ONa e NH3 f CH3MgBr reagente de Grignard forma CH3 como nucleófilo Sugestão desenhe as formas de ressonância do carbocátion Ieda Sonehara PRATICANDO 2 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Ieda Sonehara 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 REARRANJO DE CARBOCÁTION ocorre sempre que o resultado for um carbocátion mais estável sempre que houver formação de carbocátion qualquer que seja o tipo de reação há a possibilidade de rearranjo dois rearranjos mais comuns deslocamento de hidreto e deslocamento de metila 20 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara ANÁLISE DE REARRANJO EXEMPLO 21 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM REAÇÕES SN1 22 o rearranjo ocorre entre a dissociação do grupo abandonador e o ataque nucleofílico geralmente é obtida mistura de produtos resultante de ataque do nucleófilo antes ou após o rearranjo Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REARRANJO DE CARBOCÁTION EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SÍNTESE DE ESQUALENO grupo preesqualenopirofosfato liberado gerando um carbocation primario em C1 migração de elétrons da ligação C1C3 ao C1 formando ligação C1C1 e carbocation terciario em C3 adicao de ion hidreto fornecido pelo NADPH ao C1 e formacao da ligacao dupla C2C3 23 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Ieda Sonehara Grupo abandonador PRATICANDO 4 24 Lembrese que a existência de formas de ressonância é um fator de estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ALQUILA Reações com nucleófilos de oxigênio Reações com nucleófilos de nitrogênio Reações com nucleófilos de carbono Redução nucleófilo de hidrogênio 25 Ied a Son eha ra NUCLEÓFILOS DE OXIGÊNIO ÁGUA ÁLCOOL reversão das reações de formação de haletos de alquila reação de haleto de alquila com água resulta em álcool reação de haleto de alquila com álcool resulta em éter mecanismo SN1 ou SN2 dependendo das condições de reação em presença de base forte há a possibilidade de competição com reações de eliminação similar para síntese de tioéteres e tióis 26 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE NITROGÊNIO AMINAS reação SN2 em meio básico amina em forma neutra nucleófilo resulta em nova amina novo nucleófilo reação prossegue até a formação de sal de amônio quaternário 27 base necessária para remoção de próton Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS reagentes que possuem ou formam carbonos com carga negativa cianetos e reagentes organometálicos Cianetos uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico Acetilidas obtidas por tratamento de acetilenos terminais alcinos terminais com base forte NaNH2NH3 ânion acetilida atua como nucleófilo Reagentes de Grignard RMgBr e ArMgBr produtos da reação de um haleto de alquila ou arila geralmente brometo com magnésio metálico Mg0 em solução de éter grupo R ou Ar no reagente de Grignard comportase como carbânion podendo agir como nucleófilo nas reações orgânicas reagem com água formando hidrocarbonetos reações utilizando estes reagentes devem ocorrer em condições anidras Ieda Sonehara 28 NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reação com cianeto CN formação de nitrila e extensão da cadeia carbônica do substrato em 1 carbono redução de nitrila resulta em amina hidrólise ácida de nitrila resulta em ácido carboxílico 29 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO CIANETO GRIGNARD ACETILIDAS Reações com reagentes organometálicos extensão da cadeia de carbono reagentes de Grignard RMgBr ArMgBr acetilidas RCC 30 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO REDUÇÃO nucleófilo hidreto ânion hidretometal fornecido por complexos de hidretos metálicos LiAlH4 LAH ou HAL hidreto de lítio e alumínio NaBH4 boroidreto de sódio resulta em substituição do grupo abandonador por hidrogênio redução do substrato 31 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Qual o produto da reação de brometo de metila com cada um dos reagentes abaixo e por qual mecanismo ela ocorre HO H2N H2S HS CH3O CH3NH2 32 Ieda Sonehara RESUMO INTERCONVERSÃO VIA SN2 33 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO1 considere rearranjo de carbocátion ressonância 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara DESAFIO2 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES BIOLÓGICAS 38 METILAÇÃO EM SISTEMAS BIOLÓGICOS SAM Sadenosilmetionina agente de metilação transferência de 1C obtido por reação SN2 entre ATP e metionina transfere metila para diversos grupos durante processos de biossíntese 39 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara FOSFORILAÇÃO POR QUINASES GLICOSE6FOSFATO quinases catalisam transferência de grupo fosfato de ATP para um álcool aceptor hexoquinase catalisa fosforilação de hexoses formação de complexo ternário glicoseMg2ATP complexação de Mg2 com cargas negativas do ATP tornando átomo P mais acessível para o ataque nucleofílico pelo 6OH da glicose Ieda Sonehara 40 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 AGENTES ALQUILANTES ANTINEOPLÁSICOS MOSTARDAS DE NITROGÊNIO Mostarda de enxofre agente alquilante de alta toxicidade promove formação de ligações cruzadas no DNA Mostarda de nitrogênio menor toxicidade diminuição da nucleofilicidade mecloretamina clorambucila melfalano 41 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara Outras reações de substituição SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Síntese a partir de álcoois Síntese apartir de éteres 42 SÍNTESE DE HALETOS DE ALQUILA Os haletos de alquila podem ser sintetizados a partir de álcoois e éteres através de reações de substituição nucleofílica OH e OR grupos abandonadores pobres protonação em meio ácido favorece reações por formar bons grupos abandonadores aminas não são reativas o suficiente para sofrer reações de substituição mesmo protonadas 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN1 44 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 competição com reação de eliminação Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN1 45 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÁLCOOL SN2 46 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara HALETO DE ALQUILA A PARTIR DE ÉTER SN2 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed Pearson 2014 Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 7 Reações de Substituição teoria exercícios seções 7179 48 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 9 Reações de Substituição teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Competição com reações de Substituição Nucleofílica REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO Substituição grupo abandonador substituído por nucleófilo Eliminação remoção de próton da posição juntamente com grupo abandonador formando ligação dupla síntese de alcenos eliminação ou eliminação 12 ocorre com qualquer bom grupo abandonador 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO MECANISMO GERAL E2 reação concertada velocidade de reação depende da concentração de ambos os reagentes nucleófilo e eletrófilo E1 reação em múltiplas etapas velocidade de reação depende da concentração do nucleófilo 51 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 Ieda Sonehara 52 REAÇÃO DE SUBSTRATO TERCIÁRIO NUCLEÓFILO VS BASE nucleófilos e bases espécies ricas em elétrons NUCLEÓFILO capaz de atacar um carbono eletrofílico BASE capaz de abstrair capturar um próton na posição ao grupo abandonador 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E2 REAÇÕES CONCERTADAS remoção de próton por uma base com expulsão simultânea do grupo abandonador reação concertada não existe intermediário 54 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE ZAITSEV produto principal ALCENO MAIS SUBSTITUÍDO produto de Zaitsev formação do alceno mais estável mais substituído estabilização do estado de transição pelo efeito doador de elétrons das alquilas 55 Solomons TWG Fryhle CB Química Orgânica 10ª ed LTC 2012 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 PRODUTO DE HOFMANN fatores estéricos conformação favorável ao ataque leva ao PRODUTO MENOS SUBSTITUÍDO produto de Hoffmann grupo abandonador de grande volume nucleófilo de grande volume 56 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E2 BASES VOLUMOSAS possibilidade de controle da regioquímica da reação pela escolha da base utilizada na reação E2 bases volumosas tertbutóxido de potássio tBuOK diisopropilamida de lítio LDA trietillamina 57 Ieda Sonehara PREVISÃO DE REGIOSSELETIVIDADE 58 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 9 59 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 10 60 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara E1 REAÇÕES EM MÚLTIPLAS ETAPAS reação em duas etapas saída do grupo abandonador com formação de intermediário carbocátion e perda de próton em etapa separada geralmente acompanhada de reação competitiva SN1 com formação de mistura de produtos Regioquímica produto de Zaitsev 61 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REAÇÕES DE ÁLCOOIS MEIO ÁCIDO FORTE HO grupo abandonador ruim necessita transformação em bom grupo abandonador tratamento com ácido sulfúrico ácido forte formando OH2 levando a uma desidratação Ieda Sonehara 62 condições muito ácidas não se pode utilizar nucleófilos fortes resultaria em reação ácidobase uso de bases fracas HSO4 ou água sob aquecimento utilizada para conversão de álcoois em alcenos Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 E1 REARRANJO DE CARBOCÁTION Ieda Sonehara 63 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 E1 EXEMPLO BIOLÓGICO SÍNTESE DE HISTIDINA Ieda Sonehara 64 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 His aminoácido essencial nãosintetizado por mamíferos etapa desidratação de imidazolglicerolfosfato catalisada por imidazolglicerolfosfatodesidratase EC 42119 resultando em imidazol acetofosfato PRATICANDO 11 Ieda Sonehara 65 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 DESAFIO 3 considere rearranjo de carbocátion eou ressonância onde pertinente Ieda Sonehara 66 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO A reação de eliminação compete com as reações de substituição nucleofílica Eliminação favorecida sobre SN quando uso de bases fortes como nucleófilos fatores estéricos envolvidos bases volumosas substituintes volumosos próximos um ao outro no substrato altas temperaturas e baixa polaridade do solvente 67 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO ANÁLISE Analisar reagente função nucleófilo base ou ambos determina qual reação ocorre E ou SN volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN Analisar substrato volume espacial determina qual reação ocorre E ou SN centro de reação primário secundário ou terciário determina mecanismo da reação 1ª ou 2ª ordem Considerar requisitos estereoquímicos e regioquímicos determina qual produto é formado racemização ou inversão de configuração em reações SN produtos de Zaitsev or Hofmann em reações de Eliminação isômeros E ou Z em reações de Eliminação 68 Ieda Sonehara NATUREZA DO REAGENTE 69 Reações SN SN1 SN2 Reações E E2 SN1 SN2 E1 E2 E2 SN2 Competição E SN Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 70 na ausência de bases fortes não há possibidade de reações de eliminação o tipo de reação SN depende da possibilidade de estabilização do carbocátion SN1 ou da facilidade de acesso ao centro deficiente em carbonos SN2 em C 2ário há favorecimento de reação SN2 por ser uma reação que ocorre mais rapidamente o determinante é muitas vezes o tipo de solvente polares apróticos favorecem SN2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 71 na presença de reagentes que atuam somente como bases não ocorrem reações SN normalmente são bases fortes com o ataque ocorrendo rapidamente e impedindo um mecanismo E1 reações de eliminação não são sensíveis a impedimento estérico do centro deficiente em elétrons ocorrendo independentemente do tipo de carbono 1ário 2ário ou 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 72 em presença de substrato C 1ário e reagente nãoimpedidos estericamente a reação SN2 é predominante em substratos com algum impedimento estérico C 2ário a reação E2 ocorre mais rapidamente que SN2 a reação SN2 não ocorre em substratos com C impedido estericamente C 3ário Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO 73 as reações em presença de nucleófilobase fracos não são eficientes excessivamente lentas no C 1ário ou apresentam mistura excessiva de produtos no C 2ário exceção reação de álcool 2ário em presença de H2SO4 e aquecimento reação E1 únicas reações possíveis são em C 3ário com favorecimento de reações E1SN1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 LTC 2016 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO VS SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA RESUMO SOMENTE NUCLEÓFILO SOMENTE BASE NUCLEÓFILO FORTE BASE FORTE NUCLEÓFILO FRACO BASE FRACA C PRIMÁRIO SN2 E2 SN2 E2 impraticável lento C SECUNDÁRIO SN2 SN1 E2 E2 SN2 impraticável lento e mistura de produtos exceto álcool 2ário em ácido E1 C TERCIÁRIO SN1 E2 E2 SN1 E1 altas temperaturas favorecem E1 74 Ieda Sonehara REGIOQUÍMICA E ESTEREOQUÍMICA SNE RESUMO REAÇÃO RESULTADO REGIOQUÍMICO RESULTADO ESTEREOQUÍMICO SN2 Nucleófilo ataca a posição onde o grupo abandonador está conectado Nucleófilo substitui o grupo abandonador com inversão de configuração SN1 Nucleófilo ataca o carbocátion resultante da saída do grupo abandonador Nucleófilo substitui o grupo abandonador com racemização E2 Produto de Zaitsev geralmente favorecido Uso de base estericamente volumosa leva ao produto de Hoffmann Estereosseletivo e estereoespecífico Alceno trans favorecido Se a posição do substrato possuir somente um próton o alceno resultante de eliminação antiperiplanar será obtido na maioria dos casos exclusivamente E1 Produto de Zaitsev sempre favorecido Estereosseletivo Alceno trans favorecido 75 Ieda Sonehara ELIMINAÇÃO SÍNTESE DE IPP Ieda Sonehara 76 SN2 PRATICANDO 12 1 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 1bromobutano com os reagentes abaixo a NaOH b NaSH c tBuOK d NaOMe 2 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromopentano com os reagentes abaixo a NaOEt b NaOH c tBuOK 3 Identifique o mecanismo esperado em uma reação de 2bromo2metilpentano com os reagentes abaixo a EtOH b NaI c NaOEt d NaOH 77 Prática extra forneça os produtos das reações Ieda Sonehara PRATICANDO 13 considere ressonância A reação abaixo produz mistura de vários produtos incluindo os quatro representados A D Represente o mecanismo de formação de cada um destes quatro produtos Ieda Sonehara 78 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 8 Alquenos Estrutura e Preparação via Reações de Eliminação teoria exercícios seções 81 85814 79 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 10 Reações de Eliminação teoria exercícios verifiquem as seções correspondentes à aula e ao material acima Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BERG JM TYMOCZKO JL GATTO JR GJ STRYER L Bioquímica 9ª ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2021 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 1 NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 2v Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 v1 e httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRYHLE CB Química Orgânica 10ª ed Rio de Janeiro LTC 2012 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 80 Ieda Sonehara REAÇÕES DE BENZENO E DERIVADOS Substituição Eletrofílica Aromática 1 ESTRUTURA DO BENZENO AROMATICIDADE Critérios de aromaticidade presença de nuvem de elétrons nuvem cíclica ininterrupta de elétrons acima e abaixo do plano da molécula molécula cíclica todos os átomos do anel necessitam possuir orbital p orbitais p de átomos vizinhos devem se sobrepor molécula planar deve possuir 4n2 elétrons regra de Hückel n número natural inteiro Portanto compostos aromáticos são cíclicos planares conjugados com pares de elétrons em número ímpar 2 AROMATICIDADE HETEROAROMÁTICOS piridina par de elétrons do N não participa da ressonância livre para atuar como base pirrol par de elétrons do N participa da ressonância não é substância básica imidazol par de elétrons em orbital p participa da ressonância 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PARES DE ELÉTRONS LIVRES AROMATICIDADE 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA reação mais comum de compostos aromáticos reação de eletrófilo com anel aromático substituindo um dos átomos de hidrogênio lembrar reação de adição em aromáticos levaria à perda de aromaticidade menor estabilidade anéis aromáticos menos reativos que alcenos necessidade de catalisador aumento da característica eletrofílica do reagente eletrofílico 5 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 MECANISMO 6 ataque eletrofílico inicial e formação de carbocátion leva à perda de aromaticidade etapa lenta necessidade de eletrófilos mais reativos obtidos através do uso de catalisadores carbocátion cátion arênio estabilizado por ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 HALOGENAÇÃO presença de ácido de Lewis como catalisador permite o desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente formação de complexo halogênioác de Lewis que transfere o halogênio para um nucleófilo 7 NITRAÇÃO reação de ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico protonação do ác nítrico com perda de água e formação de íon nitrônio como eletrófilo fonte alternativa de íon nitrônio reação de anidrido acético com ác nítrico evita meio ácido forte 8 SULFONAÇÃO reação com ácido sulfúrico fumegante eletrófilo trióxido de enxofre resulta em ácido sulfônico 9 reação reversível adição de H2SO4 diluído leva à perda do ácido sulfônico útil na proteção de posições de substituição em síntese orgânica REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS reação de haleto de alquila ou haleto de acila em presença de ácido de Lewis alquilação semelhante ao processo de halogenação ác de Lewis permite a desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente acilação ác de Lewis facilita polarização da ligação carbonohalogênio do haleto resultando em formação de íon acílio eletrófilo 10 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO 11 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO REARRANJO DE CARBOCÁTION carbocátions primários originários de grupo alquílico de cadeia reta tendem a sofrer rearranjo ao carbocátion mais estável secundário por migração de hidreto formação de produtos isoméricos resultado da reação de ambos os carbocátions com o substrato 12 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃO eletrófilo íon acílio estabilizado por ressonância não sofre rearranjo necessidade de ác de Lewis em quantidades estequiométricas catalíticas derivado acilado cetona complexação com ác de Lewis necessário decomposição por tratamento com água 13 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃOREDUÇÃO redução de grupo acila Redução de Clemmensen condições ácidas em presença de amálgama de ZnHg e HCl redução completa de cetona Redução de WolffKishner condições básicas uso de hidrazina H2NNH2 Redução catalítica catalisador metálico pex H2Pd somente para cetonas vizinhas a anel aromático 14 REDUÇÃO diferentes condições necessárias para determinados substratos 15 presença de HCl leva à reação de substituição do álcool SN2formação de haleto de alquila PRATICANDO 1 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 3 Quais os reagentes necessários para obter os seguintes produtos a partir do benzeno em alguns casos há mais de uma etapa ou mais de uma possibilidade 18 DESAFIO 1 19 54 Proponha um mecanismo plausível para cada uma das seguintes transformações EFEITOS DE SUBSTITUINTES EFEITO DE SUBSTITUINTES substituintes ligados ao anel aromático influenciam a velocidade de substituição eletrofílica e a posição de novas substituições efeito de um determinado substituinte pode ser previsto através de seu efeito sobre a estabilidade do íon arênio substituintes doadores de elétrons estabilizam íon arênio ativam o anel para novas substituições substituintes retiradores de elétrons desestabilizam íon arênio desativam o anel para novas substituições efeito sobre posição de novas substituições estudo das formas de ressonância substituintes doadores de elétrons direcionam op substituintes retiradores de elétrons direcionam m 21 SUBSTITUINTES ATIVADORES op aumento de densidade eletrônica em relação ao benzeno doadores de elétrons R I 22 formação de carga parcial negativa nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com maior densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado a estes carbonos SUBSTITUINTES DESATIVADORES m diminuição de densidade eletrônica em relação ao benzeno retiradores de elétrons R I 23 formação de carga parcial positiva nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com menor densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado ao carbono m menor deficiência relativa de elétrons doação de elétrons para o anel por ressonância retirada de elétrons do anel por ressonância ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 PRATICANDO 4 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 5 Qual o produto das seguintes reações 30 EFEITO DE SUBSTITUINTES MÚLTIPLOS quando há mais de um substituinte no anel que sofre reação SEAr 1 direcionadores ortopara predominam sobre direcionadores meta 2 ativadores fortes predominam sobre ativadores fracos 31 GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA Ativadores doam elétrons para o anel por efeito indutivo ou de ressonância a efeitos de ressonância mais importantes que indutivos exceção alcóxidos ativadores moderados b influência da disponibilidade dos pares de elétrons livres 32 ativadores fortes par de elétrons livre vizinho ao anel GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA ativadores moderados par de elétrons livre vizinho ao anel porém participando de ressonância fora do anel 33 ativadores fracos grupos alquila por efeito indutivo GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores retiram elétrons do anel por efeito indutivo ou de ressonância 34 desativadores fortes efeito retirador de elétrons muito pronunciado GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores moderados ligação a um átomo eletronegativo vizinho ao anel retirada de elétrons do anel por ressonância 35 desativadores fracos halogênios EFEITOS DE SUBSTITUINTES RESUMO 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 6 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 EFEITOS ESTÉRICOS proporção de produtos formados influenciada pelo tamanho dos substituintes próximos à posição de substituição 38 PRATICANDO 7 Quais os produtos das seguintes reações 39 PRATICANDO 8 Represente o produto principal das seguintes reações 40 APLICAÇÃO SÍNTESE DE IBUPROFENO 41 RESUMO 42 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 18 Compostos Aromáticos teoria conceitos seções 181 a 183 185 capitulo 19 Reações de Substituição Aromática teoria exercício seções 191 até 1911 43 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 3 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática teoria exercícios seções 31 até 38 REFERÊNCIAS Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 Dewick PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro GenLTC 2016 McMurry J Química Orgânica Combo Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2017 44 ESPECTROSCOPIA Profª Ieda Sonehara técnica de análise da estrutura de moléculas baseada na absorção diferencial da radiação eletromagnética tipos infravermelho ressonância magnética nuclear ultravioleta exceção espectrometria de massa EM Ieda Sonehara 2 moléculas absorvem radiação em quantidades discretas de energia quanta energia absorvida provoca movimento de elétrons ou núcleos excitação diferentes tipos de excitação ocorrem em diferentes energias RX alta energia promovem elétrons das camadas interiores do átomos para camadas mais externas transição eletrônica radiação UVvisível excita elétrons de camada de valência geralmente de orbital molecular ligante completo a orbital antiligante vazio radiação IV excitação vibracional das ligações das moléculas radiação de microondas rotação das ligações rádio alterações de alinhamento do spin nuclear em campo magnético Ieda Sonehara 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 4 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO moléculas que absorvem no IV possuem movimentos de deformação axial das ligações deformações angulares em geral e modos de combinação de duas vibrações diferentes vibrações angulares possuem intensidade mais fraca e se sobrepõem a outras ESTIRAMENTO DOBRAMENTO stretching272253 bending866256 Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 excitação de uma molécula de um nível vibracional a outro ocorre quando o composto absorve radiação IV de determinada energia comprimento de onda ou frequência aumento da amplitude da vibração apenas ligações que possuem momento dipolo são capazes de absorver energia no infravermelho Ieda Sonehara posições das linhas de absorção dependem do tipo de grupo funcional presente absorções caracterizadas pelo comprimento de onda da luz absorvida em micrômetros OU pelo seu valor recíproco o número de onda 1 em cm1 número de onda é diretamente proporcional à energia espectro típico varia entre 400 e 4000 cm1 espectro apresenta padrão único para cada substância Ieda Sonehara 8 httpswww2chemistrymsuedufacultyreuschVirtTxtJmlSpectrpyInfraRedinfraredhtm Ieda Sonehara 9 All methanol vibrational modes httpswwwyoutubecomwatchviy8rguvGnM Ieda Sonehara 10 ligação covalente comportase como molas ligando os átomos vibração dos átomos ocorre somente em determinadas frequências níveis de energia quantizados frequência das vibrações dos átomos depende da energia de ligação entre eles e dos pesos atômicos Lei de Hooke Ieda Sonehara 11 movimentos de dobramento ocorrem em energias mais baixas frequências mais baixas do que movimentos de estiramento ligações entre átomos de massas maiores vibram em frequências mais baixas do que entre átomos mais leves envolvento o mesmo tipo de ligação Ieda Sonehara 12 estiramento Csp3H alcanos dobramento Csp3H alcanos noctano Ieda Sonehara 13 estiramento Csp3H alcanos estiramento CO dobramento Csp3H alcanos dipropil éter Ieda Sonehara 14 influência de hibridização ligações mais fortes na ordem sp sp2 sp3 vibram em regiões mais altas influência de ressonância pode provocar aumento de distância de ligações duplas dando característica de ligação simples Ieda Sonehara 15 intensidade da banda de absorção é proporcional à polaridade da ligação a intensidade também é função do número de ligações responsáveis pela absorção banda de absorção de estiramento CH mais intensa para iodeto de octila 17 ligações CH do que para iodeto de metila 3 ligações CH Ieda Sonehara 16 estiramento Csp3H alcanos estiramento Csp2H alcenos estiramento CspH alcinos 1etinilcicloexeno estiramento alcinos estiramento CC alcenos dobramento Csp3H alcanos dobramento CC alcenos Ieda Sonehara 17 frequências características forma e intensidade dos picos intensidade proporcional à diferença de dipolo polaridade Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 18 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 19 ligação OH é enfraquecida quando há formação de ligações de H diferentes graus de enfraquecimento em diferentes moléculas em um dado momento diferentes frequências de estiramento OH alargamento do sinal em soluções concentradas em solvente onde não há possibilidade de formação de ligação H o sinal é estreito OH livre em soluções diluídas parte das moléculas forma ligações de H e parte não forma presença de dois picos estreito largo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 20 semelhante a álcoois porém mais pronunciado capacidade de fazer duas ligações de H sinal muito largo que se sobrepõe a CH em torno de 2900 cm1 acompanhado de sinal largo de CO logo acima de 1700 cm1 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 21 ácido pentanóico BRUICE PY Química Orgânica v1 4ª ed Pearson 2006 Ieda Sonehara 22 amina primárias apresentam dois sinais dupleto 3350 e 3450 cm1 duas ligações NH a combinação dos estiramentos pode ser simétrico em fase ou assimétrico fora de fase gerando sinais em frequências diferentes aminas secundárias apresentam apenas um sinal singleto semelhante ao que ocorre com CH de metila Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 continua Ieda Sonehara 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 25 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 27 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 28 PENTANO REGIÃO DE IMPRESSÃO DIGITAL HEXANO 1HEXENO Vollhardt P Schore N E Química Orgânica 6ª ed Porto Alegre Bookman 2013 Ieda Sonehara 29 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 30 Carbonyl Stretching Frequencies The exact position of the carbonyl band in the 17601665 cm1 range is determined by the constituents neighboring the carbonyl group Some examples are range type of carbonyl examples 17501735 cm1 saturated aliphatic esters 17401720 cm1 saturated aliphatic aldehydes 17301715 cm1 alphabetaunsaturated esters 1715 cm1 saturated aliphatic ketones 17101665 cm1 alphabetaunsaturated aldehydes and ketones BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 32 FREQUÊNCIAS DE ABSORÇÃO padrões de substituição em compostos aromáticos Ieda Sonehara 33 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 34 Pavia et al Introdução à Espectroscopia Trad 5ª ed São Paulo Cengage 2015 Ieda Sonehara 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 36 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 37 BRUICE PY Organic Chemistry v1 4th ed Prentice Hall 2004 Ieda Sonehara 38 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara 39 SDBS httpssdbsdbaistgojp NIST Chemistry WebBook httpwebbooknistgovchemistry Ieda Sonehara 40 BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE PY Organic Chemistry 4th ed v1 Upper Saddle River Prentice Hall 2004 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 MCMURRY J Química Orgânica Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage Learning 2016 v1 cap 12 PAVIA DL LAMPMAN GM KRIZ GS VYVYAN JR Introdução à Espectroscopia Tradução da 5ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2015 SILVERSTEIN RM WEBSTER FX KIEMLE DJ BRYCE DL Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos 8ª ed Rio de Janeiro LTC 2019 ANIMAÇÕES ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY EDUCATION Infrared IR Spectroscopy httpsedurscorgresourcesinfraredirspectroscopy4010243article Acesso em 12072020 Ieda Sonehara 41 1 Prova resolvida ao vivo REAÇÕES DE BENZENO E DERIVADOS Substituição Eletrofílica Aromática 1 ESTRUTURA DO BENZENO AROMATICIDADE Critérios de aromaticidade presença de nuvem de elétrons nuvem cíclica ininterrupta de elétrons acima e abaixo do plano da molécula molécula cíclica todos os átomos do anel necessitam possuir orbital p orbitais p de átomos vizinhos devem se sobrepor molécula planar deve possuir 4n2 elétrons regra de Hückel n número natural inteiro Portanto compostos aromáticos são cíclicos planares conjugados com pares de elétrons em número ímpar 2 AROMATICIDADE HETEROAROMÁTICOS piridina par de elétrons do N não participa da ressonância livre para atuar como base pirrol par de elétrons do N participa da ressonância não é substância básica imidazol par de elétrons em orbital p participa da ressonância 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PARES DE ELÉTRONS LIVRES AROMATICIDADE 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA reação mais comum de compostos aromáticos reação de eletrófilo com anel aromático substituindo um dos átomos de hidrogênio lembrar reação de adição em aromáticos levaria à perda de aromaticidade menor estabilidade anéis aromáticos menos reativos que alcenos necessidade de catalisador aumento da característica eletrofílica do reagente eletrofílico 5 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 MECANISMO 6 ataque eletrofílico inicial e formação de carbocátion leva à perda de aromaticidade etapa lenta necessidade de eletrófilos mais reativos obtidos através do uso de catalisadores carbocátion cátion arênio estabilizado por ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 HALOGENAÇÃO presença de ácido de Lewis como catalisador permite o desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente formação de complexo halogênioác de Lewis que transfere o halogênio para um nucleófilo 7 NITRAÇÃO reação de ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico protonação do ác nítrico com perda de água e formação de íon nitrônio como eletrófilo fonte alternativa de íon nitrônio reação de anidrido acético com ác nítrico evita meio ácido forte 8 SULFONAÇÃO reação com ácido sulfúrico fumegante eletrófilo trióxido de enxofre resulta em ácido sulfônico 9 reação reversível adição de H2SO4 diluído leva à perda do ácido sulfônico útil na proteção de posições de substituição em síntese orgânica REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS reação de haleto de alquila ou haleto de acila em presença de ácido de Lewis alquilação semelhante ao processo de halogenação ác de Lewis permite a desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente acilação ác de Lewis facilita polarização da ligação carbonohalogênio do haleto resultando em formação de íon acílio eletrófilo 10 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO 11 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO REARRANJO DE CARBOCÁTION carbocátions primários originários de grupo alquílico de cadeia reta tendem a sofrer rearranjo ao carbocátion mais estável secundário por migração de hidreto formação de produtos isoméricos resultado da reação de ambos os carbocátions com o substrato 12 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃO eletrófilo íon acílio estabilizado por ressonância não sofre rearranjo necessidade de ác de Lewis em quantidades estequiométricas catalíticas derivado acilado cetona complexação com ác de Lewis necessário decomposição por tratamento com água 13 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃOREDUÇÃO redução de grupo acila Redução de Clemmensen condições ácidas em presença de amálgama de ZnHg e HCl redução completa de cetona Redução de WolffKishner condições básicas uso de hidrazina H2NNH2 Redução catalítica catalisador metálico pex H2Pd somente para cetonas vizinhas a anel aromático 14 REDUÇÃO diferentes condições necessárias para determinados substratos 15 presença de HCl leva à reação de substituição do álcool SN2formação de haleto de alquila PRATICANDO 1 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 3 Quais os reagentes necessários para obter os seguintes produtos a partir do benzeno em alguns casos há mais de uma etapa ou mais de uma possibilidade 18 DESAFIO 1 1954 Proponha um mecanismo plausível para cada uma das seguintes transformações EFEITOS DE SUBSTITUINTES EFEITO DE SUBSTITUINTES substituintes ligados ao anel aromático influenciam a velocidade de substituição eletrofílica e a posição de novas substituições efeito de um determinado substituinte pode ser previsto através de seu efeito sobre a estabilidade do íon arênio substituintes doadores de elétrons estabilizam íon arênio ativam o anel para novas substituições substituintes retiradores de elétrons desestabilizam íon arênio desativam o anel para novas substituições efeito sobre posição de novas substituições estudo das formas de ressonância substituintes doadores de elétrons direcionam op substituintes retiradores de elétrons direcionam m 21 SUBSTITUINTES ATIVADORES op aumento de densidade eletrônica em relação ao benzeno doadores de elétrons R I 22 formação de carga parcial negativa nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com maior densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado a estes carbonos SUBSTITUINTES DESATIVADORES m diminuição de densidade eletrônica em relação ao benzeno retiradores de elétrons R I 23 formação de carga parcial positiva nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com menor densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado ao carbono m menor deficiência relativa de elétrons doação de elétrons para o anel por ressonância retirada de elétrons do anel por ressonância ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 PRATICANDO 4 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 5 Qual o produto das seguintes reações 30 EFEITO DE SUBSTITUINTES MÚLTIPLOS quando há mais de um substituinte no anel que sofre reação SEAr 1 direcionadores ortopara predominam sobre direcionadores meta 2 ativadores fortes predominam sobre ativadores fracos 31 GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA Ativadores doam elétrons para o anel por efeito indutivo ou de ressonância a efeitos de ressonância mais importantes que indutivos exceção alcóxidos ativadores moderados b influência da disponibilidade dos pares de elétrons livres 32 ativadores fortes par de elétrons livre vizinho ao anel GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA ativadores moderados par de elétrons livre vizinho ao anel porém participando de ressonância fora do anel 33 ativadores fracos grupos alquila por efeito indutivo GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores retiram elétrons do anel por efeito indutivo ou de ressonância 34 desativadores fortes efeito retirador de elétrons muito pronunciado GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores moderados ligação a um átomo eletronegativo vizinho ao anel retirada de elétrons do anel por ressonância 35 desativadores fracos halogênios EFEITOS DE SUBSTITUINTES RESUMO 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 6 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 EFEITOS ESTÉRICOS proporção de produtos formados influenciada pelo tamanho dos substituintes próximos à posição de substituição 38 PRATICANDO 7 Quais os produtos das seguintes reações 39 PRATICANDO 8 Represente o produto principal das seguintes reações 40 APLICAÇÃO SÍNTESE DE IBUPROFENO 41 RESUMO 42 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 18 Compostos Aromáticos teoria conceitos seções 181 a 183 185 capitulo 19 Reações de Substituição Aromática teoria exercício seções 191 até 1911 43 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 3 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática teoria exercícios seções 31 até 38 REFERÊNCIAS Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 Dewick PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro GenLTC 2016 McMurry J Química Orgânica Combo Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2017 44 ADIÇÃO A ALDEÍDOS E CETONAS Reações de Adição Nucleofílica REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS PODER NUCLEOFÍLICO alteração principal no substrato envolve o ataque de um nucleófilo espécie reativa reagente nucleofílico ligase a substratos pobres em elétrons substratos que possuem carga positiva ou dipolo positivo poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade polarizabilidade relacionado ao volume do átomo quanto maior a distância dos elétrons do núcleo maior a facilidade de separação de carga polarização maior a facilidade de doação destes elétrons para centro deficiente em elétrons Nucleófilos fortes espécies carregadas átomos de maior volume enxofre pares de elétrons distantes do núcleo facilmente doados para outras espécies cuidado flúor eletronegatividade muito forte dificulta a doação dos elétrons para outras espécies Nucleófilos fracos espécies sem carga exceção para átomos de grande volume veja enxofre polarizabilidade exceção para flúor alta eletronegatividade 2 Ieda Sonehara CARBONILA polarização da ligação carbono oxigênio geometria trigonal planar pouco impedimento estérico permite tanto reações eletrofílicas como nucleofílicas adição eletrofílica ataque de um eletrófilo sobre o oxigênio adição nucleofílica ataque de um nucleófilo sobre o carbono 3 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO GERAL 4 a carbonila de aldeídos e cetonas não é eletrofílica o suficiente para sofrer reação produtiva com nucleófilos fracos necessidade de protonação uso de catalisador ácido Ieda Sonehara REATIVIDADE DE ALDEÍDOS E CETONAS aldeídos cetonas efeito eletrônico carbonila de aldeídos possui maior carga parcial positiva influência de grupos R em cetonas diminui eletrofilicidade efeito estérico volume de grupos substituintes dificulta acesso do nucleófilo ao C eletrofílico 5 aldeídos alquílicos aldeídos aromáticos efeito de ressonância deslocalizando carga positiva Ieda Sonehara ADIÇÃO À CARBONILA NUCLEÓFILOS COMUNS 6 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO ÁCIDO possibilita reação com nucleófilos fracos meio ácido protonação da carbonila ataque nucleofílico sobre H ácido formação de espécie carregada eletrófilo mais reativo que carbonila neutra reação possível com nucleófilos menos reativos 7 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO BÁSICO formação de nucleófilo forte por desprotonação 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO ocorre com adição de reagentes que formam produto com bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa 9 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO ENZIMÁTICO generalização 10 Ieda Sonehara Sítio catalítico grupo básico capaz de desprotonar nucleófilo no início do ataque aumento da nucleofilicidade grupo doador de próton capaz de protonar carbonila aumento da eletrofilicidade do carbono carbonílico efeito indutivo e neutralização de carga negativa formada Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 OXIGÊNIO COMO NUCLEÓFILO Hemiacetais e hemicetais Acetais e cetais 11 FORMAÇÃO DE HEMIACETAIS E HEMICETAIS adição de um mol de álcool a um mol de aldeído hemiacetal ou cetona hemicetal atualmente ambos podem ser chamados de hemiacetais reação geralmente catalisada por ácido aumento de eletrofilicidade da carbonila por protonação pode ocorrer em catálise básica aumento da nucleofilicidade do álcool por ionização desprotonação à base conjugada formação do ânion reações reversíveis posição de equilíbrio depende da natureza dos reagentes maior estabilidade de hemiacetaishemicetais cíclicos reação intramolecular separação das funções por 34 C origina anéis estericamente favoráveis 56 membros 12 Ieda Sonehara HEMIACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO Catálise ácida Ieda Sonehara 13 Catálise básica HEMIACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 14 Catálise básica Catálise ácida ASPECTO BIOLÓGICO ALDOSES CETOSES Ieda Sonehara 15 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 forma cíclica de aldoses e cetoses com 5 ou mais C hemiacetal reação intramolecular espontânea em meio aquoso água atua como ácido e base mutarrotação da glicose equilíbrio entre forma de cadeia aberta aldeído e duas formas hemiacetal isoméricas e piranoses FORMAÇÃO DE ACETAIS E CETAIS adição de dois moles de álcool a um mol de aldeído acetal ou cetona cetal atualmente ambos podem ser chamados de acetais reação de hemiacetais e cetais com uma molécula adicional de álcool catálise ácida somente reversibilidade boa conversão necessita deslocamento do equilíbrio para a formação do produto uso de excesso de álcool retirada de água DeanStark hidrólise em meio ácido regeneração de aldeídos e cetonas DEANSTARK solvente forma mistura azeotrópica com água água depositase na parte inferior do Dean Stark pode ser medidoretirado solvente retorna ao balão de reação Ieda Sonehara 16 ACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara estericamente impedido ACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 18 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA ligação Oglicosídica entre dois monossacarídeos acetal reação entre grupo OH de uma molécula de açúcar e hemiacetal intramolecular de outra molécula Ieda Sonehara 19 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA Mecanismo bioquímico 1ª etapa ativação do hemiacetal para formação de grupo abandonador grupo glicosila ativado glicosilfosfato ou glicosil UDP 2ª etapa ataque nucleofílico pelo álcool do segundo açúcarmolécula Ieda Sonehara 20 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 ASPECTO BIOLÓGICO LISOZIMA Ieda Sonehara 21 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 enzima de mamíferos capaz de hidrolisar ligação glicosídica entre os resíduos NAGNAM da camada de peptidoglicano da parede bacteriana RACIOCÍNIO QUAL O PRODUTO 22 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 23 Obs TsOH ácido ptoluenossulfônico Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 2 Qual o mecanismo das reações apresentadas Em cada uma delas identifique o hemiacetal 24 Ieda Sonehara DESAFIO 1 Qual o produto da seguinte reação Dica a carbonila de ésteres é menos reativa para reações de adição nucleofílica que a de aldeídos e cetonas por quê 25 Grupo de proteção acetal cíclico é facilmente hidrolisado em condições ácidas revertendo ao grupo carbonílico correspondente Desafio parte 2 represente o mecanismo de reação da hidrólise ácida do produto Ieda Sonehara DESAFIO 2 Qual o mecanismo da seguinte reação 26 Ieda Sonehara APLICAÇÃO EM FÁRMACOS DEGRADAÇÃO DE ERITROMICINAS eritromicinas instáveis quimicamente formação de cetal cíclico interno catalizado por ácido inativo não devem ser administrados por via oral minimizado por formulação em comprimidos revestidos 27 Ieda Sonehara claritromicina azitromicina ENXOFRE COMO NUCLEÓFILO ANÁLOGOS SULFURADOS Hemitioacetais Hemitiocetais tioacetais tiocetais Resultado da reação de tióis com aldeídos e cetonas S melhor nucleófilo que O reações mais favoráveis elétrons em átomos mais volumosos são mais facilmente polarizáveis uso de BF3 como catalisador para tornar a carbonila mais eletrofílica 28 reação de tioacetais com Ni de Raney leva à redução total Ieda Sonehara N COMO NUCLEÓFILO Iminas Enaminas 29 IMINAS BASES DE SCHIFF resultado da adição de aminas primárias RNH2 à carbonila de aldeídos ou cetonas seguido de eliminação de H2O desidratação nucleófilo N com par de elétrons livre reação ocorre em faixa de pH restrito 46 N nãoprotonado 30 Ieda Sonehara reversibilidade reação de eliminação catalisada por ácido depende de presença de grupo abandonador saída do melhor grupo abandonador IMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 31 ácido é necessário para a reação porém sua presença na 1ª etapa leva à perda do nucleófilo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 cetonas assimétricas formação de dois produtos isoméricos Velocidade de formação de imina em função do pH Ieda Sonehara IMINAS MECANISMO DE HIDRÓLISE 32 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 33 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ENAMINAS resultado da adição de aminas secundárias RNHR à carbonila de aldeídos e cetonas seguida por desidratação catalisada por ácido eliminação de H2O resulta em íon imínio necessita da perda de um próton proveniente do carbono vizinho para tornarse neutro 35 Ieda Sonehara ENAMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 36 cetonas assimétricas produto principal geralmente é aquele com a dupla ligação menos substituída Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara IMINAS vs ENAMINAS DIFERENÇAS NO MECANISMO ÚLTIMAS ETAPAS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO ALDOLASE frutose16bisfosfato aldolase catalisa a clivagem da FBP formando GAP e DHAP condensação aldólica reversa Etapas da reação ligação do substrato formação de base de Schiff entre Lys e FBP clivagem do aldol formando enamina e liberando GAP tautomerização isomerização com formação de imina seguida de protonação hidrólise da base de Schiff e liberação de DHAP Ieda Sonehara 38 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 COMPARAÇÃO DE MECANISMOS CETAL IMINA ENAMINA 39 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 40 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo 41 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 Represente o mecanismo das seguintes reações 42 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO E DE HIDROGÊNIO Cianetos Acetilidas Reagentes Organometálicos HIdretos 44 CIANETOS reação de aldeídos e cetonas com HCN leva à formação de hidroxinitrilas cianoidrinas HCN ácido fraco incapaz de fornecer prótons suficientes para iniciar reação catalisada por ácido ionização parcial fornece ânion cianeto nucleófilo forte uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico tratamento com base aquosa leva à reversão da reação 45 cianoidrina Ieda Sonehara ACETILIDAS reação de acetilidas com aldeídos e cetonas seguido de acidificação produz álcool inserção de tripla ligação permitindo novas reações Ieda Sonehara 46 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS REAGENTES DE GRIGNARD reações com aldeídos e cetonas os compostos de Grignard reagem em duas etapas 1ª etapa formação de complexo entre metal e oxigênio 2ª etapa adição de ácido decomposição do complexo metaloxigênio por acidificação da mistura adição de fonte de prótons o reagente de Grignard se decompõe em contato com a água a adição de ácido deve ocorrer somente após o término da primeira reação 47 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 9 Qual o produto e o mecanismo das seguintes reações 48 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO redução de aldeídos e cetonas a álcool de forma simplificada interpretado como ataque nucleofílico de hidreto H seguido por retirada de um próton do solvente ocorre adição de água ou ácido aquoso em uma segunda etapa para formação do álcool 49 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 10 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo de reação 50 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH hidrogenaçãodesidrogenação biológica coenzima especializada em transferência de hidreto NAD NADP aceptores de hidreto oxidantes NADH NADPH doadores de hidreto redutores Ieda Sonehara 51 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH substrato cetona e cofator NADPH ligados ao sítio ativo da enzima aminoácido presente no sítio catalítico doa próton para O carbonílico aumento da eletrofilicidade do C carbonílico que sofre ataque de hidreto proveniente do NADPH não ocorre formação de hidreto livre proximidade do centro eletrofílico e C doador de hidreto C4 do NAD Ieda Sonehara 52 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 RESUMO 53 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 20 aldeídos e cetonas teoria exercícios seções 204 a 2010 54 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 5 teoria exercícios seções 52 a 57 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro LTC 2016 2v NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v 2 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 55 Ieda Sonehara MECANISMOS DE REAÇÃO CONCEITOS BÁSICOS Estruturas de Lewis Cargas e efeitos de campo Nucleófilos e Eletrófilos Ressonânica Grupo Abandonador Setas de mecanismo ESTRUTURAS DE LEWIS 2 o que levar uma ligação química entre átomos é formada através do pareamento de um elétron de cada átomo o que lembrar átomos tendem a se ligar de maneira a alcançarem a configuração eletrônica de um gás nobre regra do octeto pares de elétrons não compartilhados ou elétrons não ligantes são denominados pares de elétrons livres ou pares isolados Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGA FORMAL 3 o que levar qualquer átomo que não apresenta o número apropriado de elétrons de valência possui uma carga formal que deve ser representada o que lembrar para identificar a carga formal determinar o número apropriado de elétrons de valência para um átomo determinar se o átomo apresenta o número apropriado de elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 1 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Localização de elétrons orbitais atômicos 5 o que levar na movimentação de elétrons eles se originam de ligações ou pares livres e formam ligações ou pares livres isolados o que lembrar os elétrons podem ser encontrados em dois locais ligações ou pares livres isolados IEDA SONEHARA Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 Pareamento de elétrons cargas e setas 6 o que levar o processo de pareamento de elétrons formação de ligação química é indicado por setas curvas indicando o movimento dos elétrons envolvidos o que lembrar no processo de formação ou quebra de ligações químicas pode haver envolvimento ou formação de espécies carregadas espécies carregadas não devem violar a regra do octeto IEDA SONEHARA CARGA PARCIAL 7 o que levar a indução provoca a formação de cargas parciais positiva e negativa simbolizadas pela letra grega o que lembrar a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos que formam uma ligação determinam o tipo desta ligação ligação covalente diferença de EN 05 ligação covalente polar diferença de EN entre 05 e 17 ligação iônica diferença de EN 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES NUCLEÓFILOS E ELETRÓFILOS 9 o que levar espécies que possuem excesso de elétrons são capazes de doálos para espécies que apresentam falta de elétrons este processo leva ao pareamento de elétrons e formação de ligações químicas este processo também pode levar à quebra de ligações e formação de espécies carregadas o que lembrar setas indicam movimentação dos elétrons a seta se inicia na origem dos elétrons cauda e termina no destino destes elétrons cabeça IEDA SONEHARA SETAS CURVAS TIPOS IEDA SONEHARA 10 o que levar a seta normal representa o movimento de 2 elétrons a meiaseta ou anzol representa o movimento de 1 único elétron o que lembrar quebra heterolítica quebra de ligação onde os dois elétrons dirigemse a um dos átomo divisão heterogênea entre os dois átomos quebra homolítica quebra de ligação onde cada elétron dirigese a um dos átomos divisão homogênea Nucleófilos Eletrófilos Nucleófilo centro rico em elétrons amante de núcleo capaz de reagir com uma carga positiva ou carga positiva parcial capaz de doar um par de elétrons Eletrófilo centro deficiente em elétrons amante de elétrons capaz de reagir com uma carga negativa ou carga negativa parcial capaz de aceitar um par de elétrons 11 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 2 Identifique os centros nucleofílicos nas moléculas abaixo 12 Identifique os centros eletrofílicos nas moléculas abaixo KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 IEDA SONEHARA O ataque nucleofílico um nucleófilo doa elétrons para um eletrófilo 13 o que levar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque do nucleófilo as demais indicam a movimentação fluxo de elétrons para manter a regra do octeto o que lembrar o resultado da doação de elétrons em um ataque nucleofílico pode levar a formação de ligação quebra de ligação formação de espécies neutras ou carregadas com excesso ou falta de elétrons sempre verifique a existência de cargas formais Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ataque nucleofílico exemplos 14 IEDA SONEHARA RESSONÂNCIA o que lembrar elétrons são nuvens de densidade eletrônica que se espalham através de regiões da molécula a representação da nuvem de elétrons de uma determinada molécula é possível através das estruturas de ressonância várias representações que caracterizam uma única molécula mostrando como a nuvem de densidade eletrônica se distribui na molécula IEDA SONEHARA 15 Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 RESSONÂNCIA 16 o que levar o híbrido de ressonância mostra que a carga positiva ou negativa se distribui entre dois ou mais locais carga deslocalizada o que lembrar as estruturas de ressonância são separadas por seta de duas pontas e colocadas entre colchetes para indicar que não são entidades separadas a deslocalização de carga é um fator de estabilização da molécula são representadas com auxílio de setas curvas IEDA SONEHARA AS SETAS CURVAS NA RESSONÂNCIA 17 o que levar as setas representam um movimento hipotético dos elétrons nunca se origina de ligação simples indicaria quebra da ligação o término posição final dos elétrons respeita o octeto para elementos da segunda linha da tabela periódica o que lembrar cauda mostra de onde os elétrons são provenientes ponta mostra destino dos elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS DE RESSONÂNCIA 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 3 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGAS FORMAIS E RESSONÂNCIA 20 o que levar a carga formal deve ser a mesma em todas as estruturas de ressonância conservação de carga Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4A 21 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Importância relativa das estruturas de ressonância IEDA SONEHARA 22 o que levar as estruturas de ressonância significantes mais importantes são as que não possuem carga ou possuem carga mínima exceção grupo nitro átomos EN podem ter carga positiva apenas se possuem o octeto de elétrons evite representação onde dois átomos de C possuem cargas opostas Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 PRATICANDO 4B 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4C 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância nucleofilicidade e eletrofilicidade 25 IEDA SONEHARA PRATICANDO 5 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância e ataque nucleofílico o que levar o ataque nucleofílico pode ocorrer em qualquer um dos vários centros eletrofílicos da molécula resultando em mistura de produtos o que lembrar as estruturas de ressonância não representam estados independentes da molécula os centros eletrofílicos ou nucleofílicos existem simultaneamente na mesma molécula sendo resultantes da distribuição da carga entre dois ou mais átomos 27 IEDA SONEHARA RESUMINDO 28 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA UM DESAFIO 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA ÁCIDOS BASES BRØNSTEDLOWRY IEDA SONEHARA 30 o que levar transferências de prótons são importantes nos mecanismos de reações químicas ácidos não perdem prótons sem a ajuda de uma base o que lembrar ácidos fortes possuem bases conjugadas muito estáveis Fatores de estabilização de carga negativa átomo sobre o qual a carga se localiza considerar eletronegatividadetamanho ressonância efeito indutivo hibridação do orbital Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 GRUPO ABANDONADOR Grupo abandonador grupo de saída leaving group 31 o que levar o grupo abandonador sai levando os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de elétrons movimentação dos elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA C e H não são grupos abandonadores Requisitos de um Grupo Abandonador íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa exceção Fluor pequeno volume pouco polarizável fluoreto possui baixa estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 32 PRATICANDO 6 Identifique o melhor grupo abandonador em cada um dos compostos abaixo 33 IEDA SONEHARA Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 1 Uma Revisão de Química Geral teoria exercícios seções 13 até 15 capítulo 2 Representações Moleculares teoria exercícios seções 24 até 211 capítulo 3 Ácidos e Bases teoria exercícios seções 31 até 38 34 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 1 Representação de estruturas em bastão teoria exercícios seções 15 e 16 capítulo 2 Ressonância teoria e exercícios seções 24 a 28 capítulo 3 Reações ÁcidoBase IEDA SONEHARA REAÇÕES QUÍMICAS E SEUS MECANISMOS Setas e padrões de setas Influências sobre mecanismos de reação 35 IEDA SONEHARA ETAPAS POSSÍVEIS EM UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS CURVAS EM MECANISMOS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 1 Ataque Nucleofílico caracterizado por nucleófilo atacando eletrófilo 38 o que levar a cauda é colocada no centro nucleofílico e a ponta é colocada no centro eletrofílico o que lembrar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque e as demais indicam fluxo de elétrons para manter a regra do octeto semelhante à ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 2 Perda de Grupo Abandonador Grupo abandonador grupo de saída leaving group 39 o que levar o grupo abandonador leva os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica fluxo de elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 3 Transferência de próton Caracterizada por duas setas curvas 40 o que levar a primeira seta indica a transferência a segunda seta indica o que acontece com os elétrons que mantinham o próton o que lembrar para que uma substância perca um próton uma base deve estar envolvida mesmo que não seja representada às vezes podem ser usadas mais do que duas setas curvas as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica para respeitar a regra do octeto Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 4 Rearranjo de Carbocátion migração de hidreto H ou migração de metila 41 o que levar carbocátions são estabilizados por grupos alquila vizinhos efeito I quanto mais grupos alquila vizinhos mais estáveis eles serão este tópico será detalhado no módulo de Substituição Nucleofílica reações de haletos de alquila Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 7 42 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8A Com base nas setas represente o intermediário de reação 43 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas represente os produtos ou intermediários que se formam de acordo com a setas apresentadas Não se esqueça das cargas formais IEDA SONEHARA 44 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 PRATICANDO 9A Complete os mecanismos adicionando as setas 45 IEDA SONEHARA PRATICANDO 9B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas desenhe as setas que mostram o movimento dos elétrons IEDA SONEHARA 46 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso A Etapa única ataque nucleofílico provoca a expulsão do grupo abandonador saída do GA necessária para permitir a formação da ligação sem violação da regra do octeto existe estado de transição nucleófilo em processo de formação de ligação com grupo abandonador em processo de quebra de ligação 47 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso B Duas etapas dissociação do grupo abandonador com formação de carbocátion seguido de ataque nucleofílico existência de intermediário estável planar carbocátion pode haver rearranjo de carbocátion 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Impedimento estérico Substituição Nucleofílica quanto mais impedido o centro eletrofílico mais difícil mais lenta a reação Estabilidade do carbocátion Substituição Nucleofílica quanto mais estável o carbocátion maior a possibilidade de dissociação do grupo abandonador 49 Solomons TWG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Ressonância Adição eletrofílica em sistemas conjugados a presença de ressonância determina quais produtos podem ser formados Condições de reação x estabilidade do produto Adição eletrofílica em sistemas conjugados condições brandas favorecem o produto que possui o carbocátion mais estável condições mais drásticas favorecem o produto mais estável 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO O caso da Substituição Nucleofílica Nucleófilos fortes e centro eletrofílico pouco impedido favorecem reação rápida em uma etapa mecanismo SN2 Em substratos quirais ocorre inversão de configuração 51 Nucleófilos fracos e centro eletrofílico impedido favorecem a dissociação lenta do grupo abandonador e reação em duas etapas mecanismo SN1 Em substrato quirais ocorre racemização McMurry J Química Orgânica v 1 trad 9ª ed Cengage 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PARA TERMINAR AS DIFERENTES SETAS IEDA SONEHARA 52 Adaptado de DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry John Wiley Sons 2006 Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 6 Reatividade química e mecanimos teoria conceitos seções 67 até 612 exercícios seções 67 até 610 53 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 8 Mecanismos teoria exercícios seções 81 até 84 IEDA SONEHARA REFERÊNCIAS CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Hoboken John Wiley Sons 2024 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v1 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRIHLE CB SNYDER SA Química Orgânica 12ª ed Rio de Janeiro LTC 2018 54 IEDA SONEHARA ADIÇÃO A ALDEÍDOS E CETONAS Reações de Adição Nucleofílica REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS PODER NUCLEOFÍLICO alteração principal no substrato envolve o ataque de um nucleófilo espécie reativa reagente nucleofílico ligase a substratos pobres em elétrons substratos que possuem carga positiva ou dipolo positivo poder nucleofílico determinado por carga e polarizabilidade polarizabilidade relacionado ao volume do átomo quanto maior a distância dos elétrons do núcleo maior a facilidade de separação de carga polarização maior a facilidade de doação destes elétrons para centro deficiente em elétrons Nucleófilos fortes espécies carregadas átomos de maior volume enxofre pares de elétrons distantes do núcleo facilmente doados para outras espécies cuidado flúor eletronegatividade muito forte dificulta a doação dos elétrons para outras espécies Nucleófilos fracos espécies sem carga exceção para átomos de grande volume veja enxofre polarizabilidade exceção para flúor alta eletronegatividade 2 Ieda Sonehara CARBONILA polarização da ligação carbono oxigênio geometria trigonal planar pouco impedimento estérico permite tanto reações eletrofílicas como nucleofílicas adição eletrofílica ataque de um eletrófilo sobre o oxigênio adição nucleofílica ataque de um nucleófilo sobre o carbono 3 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO GERAL 4 a carbonila de aldeídos e cetonas não é eletrofílica o suficiente para sofrer reação produtiva com nucleófilos fracos necessidade de protonação uso de catalisador ácido Ieda Sonehara REATIVIDADE DE ALDEÍDOS E CETONAS aldeídos cetonas efeito eletrônico carbonila de aldeídos possui maior carga parcial positiva influência de grupos R em cetonas diminui eletrofilicidade efeito estérico volume de grupos substituintes dificulta acesso do nucleófilo ao C eletrofílico 5 aldeídos alquílicos aldeídos aromáticos efeito de ressonância deslocalizando carga positiva Ieda Sonehara ADIÇÃO À CARBONILA NUCLEÓFILOS COMUNS 6 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO ÁCIDO possibilita reação com nucleófilos fracos meio ácido protonação da carbonila ataque nucleofílico sobre H ácido formação de espécie carregada eletrófilo mais reativo que carbonila neutra reação possível com nucleófilos menos reativos 7 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MEIO BÁSICO formação de nucleófilo forte por desprotonação 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA REVERSIBILIDADE DA REAÇÃO ocorre com adição de reagentes que formam produto com bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa 9 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara REAÇÕES NUCLEOFÍLICAS DA CARBONILA MECANISMO ENZIMÁTICO generalização 10 Ieda Sonehara Sítio catalítico grupo básico capaz de desprotonar nucleófilo no início do ataque aumento da nucleofilicidade grupo doador de próton capaz de protonar carbonila aumento da eletrofilicidade do carbono carbonílico efeito indutivo e neutralização de carga negativa formada Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 OXIGÊNIO COMO NUCLEÓFILO Hemiacetais e hemicetais Acetais e cetais 11 FORMAÇÃO DE HEMIACETAIS E HEMICETAIS adição de um mol de álcool a um mol de aldeído hemiacetal ou cetona hemicetal atualmente ambos podem ser chamados de hemiacetais reação geralmente catalisada por ácido aumento de eletrofilicidade da carbonila por protonação pode ocorrer em catálise básica aumento da nucleofilicidade do álcool por ionização desprotonação à base conjugada formação do ânion reações reversíveis posição de equilíbrio depende da natureza dos reagentes maior estabilidade de hemiacetaishemicetais cíclicos reação intramolecular separação das funções por 34 C origina anéis estericamente favoráveis 56 membros 12 Ieda Sonehara HEMIACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO Catálise ácida Ieda Sonehara 13 Catálise básica HEMIACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 14 Catálise básica Catálise ácida ASPECTO BIOLÓGICO ALDOSES CETOSES Ieda Sonehara 15 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 forma cíclica de aldoses e cetoses com 5 ou mais C hemiacetal reação intramolecular espontânea em meio aquoso água atua como ácido e base mutarrotação da glicose equilíbrio entre forma de cadeia aberta aldeído e duas formas hemiacetal isoméricas e piranoses FORMAÇÃO DE ACETAIS E CETAIS adição de dois moles de álcool a um mol de aldeído acetal ou cetona cetal atualmente ambos podem ser chamados de acetais reação de hemiacetais e cetais com uma molécula adicional de álcool catálise ácida somente reversibilidade boa conversão necessita deslocamento do equilíbrio para a formação do produto uso de excesso de álcool retirada de água DeanStark hidrólise em meio ácido regeneração de aldeídos e cetonas DEANSTARK solvente forma mistura azeotrópica com água água depositase na parte inferior do Dean Stark pode ser medidoretirado solvente retorna ao balão de reação Ieda Sonehara 16 ACETAIS MECANISMO DE FORMAÇÃO 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara estericamente impedido ACETAIS MECANISMO DE HIDRÓLISE Ieda Sonehara 18 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA ligação Oglicosídica entre dois monossacarídeos acetal reação entre grupo OH de uma molécula de açúcar e hemiacetal intramolecular de outra molécula Ieda Sonehara 19 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 ASPECTO BIOLÓGICO LIGAÇÃO GLICOSÍDICA Mecanismo bioquímico 1ª etapa ativação do hemiacetal para formação de grupo abandonador grupo glicosila ativado glicosilfosfato ou glicosil UDP 2ª etapa ataque nucleofílico pelo álcool do segundo açúcarmolécula Ieda Sonehara 20 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 ASPECTO BIOLÓGICO LISOZIMA Ieda Sonehara 21 Adaptado de BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed John Wiley Sons 2012 enzima de mamíferos capaz de hidrolisar ligação glicosídica entre os resíduos NAGNAM da camada de peptidoglicano da parede bacteriana RACIOCÍNIO QUAL O PRODUTO 22 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 LTC 2017 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 23 Obs TsOH ácido ptoluenossulfônico Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 2 Qual o mecanismo das reações apresentadas Em cada uma delas identifique o hemiacetal 24 Ieda Sonehara DESAFIO 1 Qual o produto da seguinte reação Dica a carbonila de ésteres é menos reativa para reações de adição nucleofílica que a de aldeídos e cetonas por quê 25 Grupo de proteção acetal cíclico é facilmente hidrolisado em condições ácidas revertendo ao grupo carbonílico correspondente Desafio parte 2 represente o mecanismo de reação da hidrólise ácida do produto Ieda Sonehara DESAFIO 2 Qual o mecanismo da seguinte reação 26 Ieda Sonehara APLICAÇÃO EM FÁRMACOS DEGRADAÇÃO DE ERITROMICINAS eritromicinas instáveis quimicamente formação de cetal cíclico interno catalizado por ácido inativo não devem ser administrados por via oral minimizado por formulação em comprimidos revestidos 27 Ieda Sonehara claritromicina azitromicina ENXOFRE COMO NUCLEÓFILO ANÁLOGOS SULFURADOS Hemitioacetais Hemitiocetais tioacetais tiocetais Resultado da reação de tióis com aldeídos e cetonas S melhor nucleófilo que O reações mais favoráveis elétrons em átomos mais volumosos são mais facilmente polarizáveis uso de BF3 como catalisador para tornar a carbonila mais eletrofílica 28 reação de tioacetais com Ni de Raney leva à redução total Ieda Sonehara N COMO NUCLEÓFILO Iminas Enaminas 29 IMINAS BASES DE SCHIFF resultado da adição de aminas primárias RNH2 à carbonila de aldeídos ou cetonas seguido de eliminação de H2O desidratação nucleófilo N com par de elétrons livre reação ocorre em faixa de pH restrito 46 N nãoprotonado 30 Ieda Sonehara reversibilidade reação de eliminação catalisada por ácido depende de presença de grupo abandonador saída do melhor grupo abandonador IMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 31 ácido é necessário para a reação porém sua presença na 1ª etapa leva à perda do nucleófilo Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 cetonas assimétricas formação de dois produtos isoméricos Velocidade de formação de imina em função do pH Ieda Sonehara IMINAS MECANISMO DE HIDRÓLISE 32 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 33 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 34 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ENAMINAS resultado da adição de aminas secundárias RNHR à carbonila de aldeídos e cetonas seguida por desidratação catalisada por ácido eliminação de H2O resulta em íon imínio necessita da perda de um próton proveniente do carbono vizinho para tornarse neutro 35 Ieda Sonehara ENAMINAS MECANISMO DE FORMAÇÃO 36 cetonas assimétricas produto principal geralmente é aquele com a dupla ligação menos substituída Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara IMINAS vs ENAMINAS DIFERENÇAS NO MECANISMO ÚLTIMAS ETAPAS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO ALDOLASE frutose16bisfosfato aldolase catalisa a clivagem da FBP formando GAP e DHAP condensação aldólica reversa Etapas da reação ligação do substrato formação de base de Schiff entre Lys e FBP clivagem do aldol formando enamina e liberando GAP tautomerização isomerização com formação de imina seguida de protonação hidrólise da base de Schiff e liberação de DHAP Ieda Sonehara 38 NELSON DL COX MM Princícpios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Artmed 2019 COMPARAÇÃO DE MECANISMOS CETAL IMINA ENAMINA 39 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 40 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo 41 Ieda Sonehara PRATICANDO 7 Represente o mecanismo das seguintes reações 42 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 43 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE CARBONO E DE HIDROGÊNIO Cianetos Acetilidas Reagentes Organometálicos HIdretos 44 CIANETOS reação de aldeídos e cetonas com HCN leva à formação de hidroxinitrilas cianoidrinas HCN ácido fraco incapaz de fornecer prótons suficientes para iniciar reação catalisada por ácido ionização parcial fornece ânion cianeto nucleófilo forte uso de soluções aquosas de NaCN ou KCN em ácido fraco tamponado evitase uso de HCN gás tóxico tratamento com base aquosa leva à reversão da reação 45 cianoidrina Ieda Sonehara ACETILIDAS reação de acetilidas com aldeídos e cetonas seguido de acidificação produz álcool inserção de tripla ligação permitindo novas reações Ieda Sonehara 46 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS REAGENTES DE GRIGNARD reações com aldeídos e cetonas os compostos de Grignard reagem em duas etapas 1ª etapa formação de complexo entre metal e oxigênio 2ª etapa adição de ácido decomposição do complexo metaloxigênio por acidificação da mistura adição de fonte de prótons o reagente de Grignard se decompõe em contato com a água a adição de ácido deve ocorrer somente após o término da primeira reação 47 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 9 Qual o produto e o mecanismo das seguintes reações 48 Ieda Sonehara NUCLEÓFILOS DE HIDROGÊNIO redução de aldeídos e cetonas a álcool de forma simplificada interpretado como ataque nucleofílico de hidreto H seguido por retirada de um próton do solvente ocorre adição de água ou ácido aquoso em uma segunda etapa para formação do álcool 49 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 10 Qual o produto das seguintes reações Represente o mecanismo de reação 50 Ieda Sonehara ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH hidrogenaçãodesidrogenação biológica coenzima especializada em transferência de hidreto NAD NADP aceptores de hidreto oxidantes NADH NADPH doadores de hidreto redutores Ieda Sonehara 51 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 ASPECTO BIOLÓGICO NADP NADPH substrato cetona e cofator NADPH ligados ao sítio ativo da enzima aminoácido presente no sítio catalítico doa próton para O carbonílico aumento da eletrofilicidade do C carbonílico que sofre ataque de hidreto proveniente do NADPH não ocorre formação de hidreto livre proximidade do centro eletrofílico e C doador de hidreto C4 do NAD Ieda Sonehara 52 Adaptado de SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v2 RESUMO 53 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap Ieda Sonehara LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 20 aldeídos e cetonas teoria exercícios seções 204 a 2010 54 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 5 teoria exercícios seções 52 a 57 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BUGG TDH Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 3rd ed Chichester John Wiley Sons 2012 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 6th ed Chichester John Wiley Sons 2024 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro LTC 2016 2v NELSON DL COX MM Princípios de Bioquímica de Lehninger 7ª ed Porto Alegre Artmed 2019 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v 2 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs2 v2 Acesso em 28062024 VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Porto Alegre Artmed 2013 55 Ieda Sonehara REAÇÕES DE BENZENO E DERIVADOS Substituição Eletrofílica Aromática 1 ESTRUTURA DO BENZENO AROMATICIDADE Critérios de aromaticidade presença de nuvem de elétrons nuvem cíclica ininterrupta de elétrons acima e abaixo do plano da molécula molécula cíclica todos os átomos do anel necessitam possuir orbital p orbitais p de átomos vizinhos devem se sobrepor molécula planar deve possuir 4n2 elétrons regra de Hückel n número natural inteiro Portanto compostos aromáticos são cíclicos planares conjugados com pares de elétrons em número ímpar 2 AROMATICIDADE HETEROAROMÁTICOS piridina par de elétrons do N não participa da ressonância livre para atuar como base pirrol par de elétrons do N participa da ressonância não é substância básica imidazol par de elétrons em orbital p participa da ressonância 3 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PARES DE ELÉTRONS LIVRES AROMATICIDADE 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA reação mais comum de compostos aromáticos reação de eletrófilo com anel aromático substituindo um dos átomos de hidrogênio lembrar reação de adição em aromáticos levaria à perda de aromaticidade menor estabilidade anéis aromáticos menos reativos que alcenos necessidade de catalisador aumento da característica eletrofílica do reagente eletrofílico 5 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 MECANISMO 6 ataque eletrofílico inicial e formação de carbocátion leva à perda de aromaticidade etapa lenta necessidade de eletrófilos mais reativos obtidos através do uso de catalisadores carbocátion cátion arênio estabilizado por ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 HALOGENAÇÃO presença de ácido de Lewis como catalisador permite o desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente formação de complexo halogênioác de Lewis que transfere o halogênio para um nucleófilo 7 NITRAÇÃO reação de ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico protonação do ác nítrico com perda de água e formação de íon nitrônio como eletrófilo fonte alternativa de íon nitrônio reação de anidrido acético com ác nítrico evita meio ácido forte 8 SULFONAÇÃO reação com ácido sulfúrico fumegante eletrófilo trióxido de enxofre resulta em ácido sulfônico 9 reação reversível adição de H2SO4 diluído leva à perda do ácido sulfônico útil na proteção de posições de substituição em síntese orgânica REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS reação de haleto de alquila ou haleto de acila em presença de ácido de Lewis alquilação semelhante ao processo de halogenação ác de Lewis permite a desenvolvimento de carga positiva no eletrófilo de forma mais eficiente acilação ác de Lewis facilita polarização da ligação carbonohalogênio do haleto resultando em formação de íon acílio eletrófilo 10 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO 11 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ALQUILAÇÃO REARRANJO DE CARBOCÁTION carbocátions primários originários de grupo alquílico de cadeia reta tendem a sofrer rearranjo ao carbocátion mais estável secundário por migração de hidreto formação de produtos isoméricos resultado da reação de ambos os carbocátions com o substrato 12 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃO eletrófilo íon acílio estabilizado por ressonância não sofre rearranjo necessidade de ác de Lewis em quantidades estequiométricas catalíticas derivado acilado cetona complexação com ác de Lewis necessário decomposição por tratamento com água 13 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS ACILAÇÃOREDUÇÃO redução de grupo acila Redução de Clemmensen condições ácidas em presença de amálgama de ZnHg e HCl redução completa de cetona Redução de WolffKishner condições básicas uso de hidrazina H2NNH2 Redução catalítica catalisador metálico pex H2Pd somente para cetonas vizinhas a anel aromático 14 REDUÇÃO diferentes condições necessárias para determinados substratos 15 presença de HCl leva à reação de substituição do álcool SN2formação de haleto de alquila PRATICANDO 1 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 REAÇÕES DE FRIEDELCRAFTS Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 3 Quais os reagentes necessários para obter os seguintes produtos a partir do benzeno em alguns casos há mais de uma etapa ou mais de uma possibilidade 18 DESAFIO 1 1954 Proponha um mecanismo plausível para cada uma das seguintes transformações EFEITOS DE SUBSTITUINTES EFEITO DE SUBSTITUINTES substituintes ligados ao anel aromático influenciam a velocidade de substituição eletrofílica e a posição de novas substituições efeito de um determinado substituinte pode ser previsto através de seu efeito sobre a estabilidade do íon arênio substituintes doadores de elétrons estabilizam íon arênio ativam o anel para novas substituições substituintes retiradores de elétrons desestabilizam íon arênio desativam o anel para novas substituições efeito sobre posição de novas substituições estudo das formas de ressonância substituintes doadores de elétrons direcionam op substituintes retiradores de elétrons direcionam m 21 SUBSTITUINTES ATIVADORES op aumento de densidade eletrônica em relação ao benzeno doadores de elétrons R I 22 formação de carga parcial negativa nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com maior densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado a estes carbonos SUBSTITUINTES DESATIVADORES m diminuição de densidade eletrônica em relação ao benzeno retiradores de elétrons R I 23 formação de carga parcial positiva nos carbonos o e p em relação ao substituinte híbrido de ressonância com menor densidade eletrônica nos carbonos em posição o e p eletrófilo direcionado ao carbono m menor deficiência relativa de elétrons doação de elétrons para o anel por ressonância retirada de elétrons do anel por ressonância ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 ESTABILIDADE DO CÁTION ARÊNIO McMurry Química Orgânica Trad 9ª ed São PauloCengage 2017 PRATICANDO 4 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 5 Qual o produto das seguintes reações 30 EFEITO DE SUBSTITUINTES MÚLTIPLOS quando há mais de um substituinte no anel que sofre reação SEAr 1 direcionadores ortopara predominam sobre direcionadores meta 2 ativadores fortes predominam sobre ativadores fracos 31 GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA Ativadores doam elétrons para o anel por efeito indutivo ou de ressonância a efeitos de ressonância mais importantes que indutivos exceção alcóxidos ativadores moderados b influência da disponibilidade dos pares de elétrons livres 32 ativadores fortes par de elétrons livre vizinho ao anel GRUPOS ATIVADORES FORÇA RELATIVA ativadores moderados par de elétrons livre vizinho ao anel porém participando de ressonância fora do anel 33 ativadores fracos grupos alquila por efeito indutivo GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores retiram elétrons do anel por efeito indutivo ou de ressonância 34 desativadores fortes efeito retirador de elétrons muito pronunciado GRUPOS DESATIVADORES FORÇA RELATIVA desativadores moderados ligação a um átomo eletronegativo vizinho ao anel retirada de elétrons do anel por ressonância 35 desativadores fracos halogênios EFEITOS DE SUBSTITUINTES RESUMO 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 6 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 EFEITOS ESTÉRICOS proporção de produtos formados influenciada pelo tamanho dos substituintes próximos à posição de substituição 38 PRATICANDO 7 Quais os produtos das seguintes reações 39 PRATICANDO 8 Represente o produto principal das seguintes reações 40 APLICAÇÃO SÍNTESE DE IBUPROFENO 41 RESUMO 42 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed 2016 adap LEITURA CONSULTA PRÁTICA KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 18 Compostos Aromáticos teoria conceitos seções 181 a 183 185 capitulo 19 Reações de Substituição Aromática teoria exercício seções 191 até 1911 43 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 2 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 3 Reações de Substituição Eletrofílica Aromática teoria exercícios seções 31 até 38 REFERÊNCIAS Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 Dewick PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro GenLTC 2016 McMurry J Química Orgânica Combo Tradução da 9ª edição norteamericana São Paulo Cengage 2017 44 MECANISMOS DE REAÇÃO CONCEITOS BÁSICOS Estruturas de Lewis Cargas e efeitos de campo Nucleófilos e Eletrófilos Ressonânica Grupo Abandonador Setas de mecanismo ESTRUTURAS DE LEWIS 2 o que levar uma ligação química entre átomos é formada através do pareamento de um elétron de cada átomo o que lembrar átomos tendem a se ligar de maneira a alcançarem a configuração eletrônica de um gás nobre regra do octeto pares de elétrons não compartilhados ou elétrons não ligantes são denominados pares de elétrons livres ou pares isolados Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGA FORMAL 3 o que levar qualquer átomo que não apresenta o número apropriado de elétrons de valência possui uma carga formal que deve ser representada o que lembrar para identificar a carga formal determinar o número apropriado de elétrons de valência para um átomo determinar se o átomo apresenta o número apropriado de elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 1 4 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Localização de elétrons orbitais atômicos 5 o que levar na movimentação de elétrons eles se originam de ligações ou pares livres e formam ligações ou pares livres isolados o que lembrar os elétrons podem ser encontrados em dois locais ligações ou pares livres isolados IEDA SONEHARA Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 Pareamento de elétrons cargas e setas 6 o que levar o processo de pareamento de elétrons formação de ligação química é indicado por setas curvas indicando o movimento dos elétrons envolvidos o que lembrar no processo de formação ou quebra de ligações químicas pode haver envolvimento ou formação de espécies carregadas espécies carregadas não devem violar a regra do octeto IEDA SONEHARA CARGA PARCIAL 7 o que levar a indução provoca a formação de cargas parciais positiva e negativa simbolizadas pela letra grega o que lembrar a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos que formam uma ligação determinam o tipo desta ligação ligação covalente diferença de EN 05 ligação covalente polar diferença de EN entre 05 e 17 ligação iônica diferença de EN 17 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 8 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES NUCLEÓFILOS E ELETRÓFILOS 9 o que levar espécies que possuem excesso de elétrons são capazes de doálos para espécies que apresentam falta de elétrons este processo leva ao pareamento de elétrons e formação de ligações químicas este processo também pode levar à quebra de ligações e formação de espécies carregadas o que lembrar setas indicam movimentação dos elétrons a seta se inicia na origem dos elétrons cauda e termina no destino destes elétrons cabeça IEDA SONEHARA SETAS CURVAS TIPOS IEDA SONEHARA 10 o que levar a seta normal representa o movimento de 2 elétrons a meiaseta ou anzol representa o movimento de 1 único elétron o que lembrar quebra heterolítica quebra de ligação onde os dois elétrons dirigemse a um dos átomo divisão heterogênea entre os dois átomos quebra homolítica quebra de ligação onde cada elétron dirigese a um dos átomos divisão homogênea Nucleófilos Eletrófilos Nucleófilo centro rico em elétrons amante de núcleo capaz de reagir com uma carga positiva ou carga positiva parcial capaz de doar um par de elétrons Eletrófilo centro deficiente em elétrons amante de elétrons capaz de reagir com uma carga negativa ou carga negativa parcial capaz de aceitar um par de elétrons 11 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 2 Identifique os centros nucleofílicos nas moléculas abaixo 12 Identifique os centros eletrofílicos nas moléculas abaixo KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Wiley 2024 IEDA SONEHARA O ataque nucleofílico um nucleófilo doa elétrons para um eletrófilo 13 o que levar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque do nucleófilo as demais indicam a movimentação fluxo de elétrons para manter a regra do octeto o que lembrar o resultado da doação de elétrons em um ataque nucleofílico pode levar a formação de ligação quebra de ligação formação de espécies neutras ou carregadas com excesso ou falta de elétrons sempre verifique a existência de cargas formais Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ataque nucleofílico exemplos 14 IEDA SONEHARA RESSONÂNCIA o que lembrar elétrons são nuvens de densidade eletrônica que se espalham através de regiões da molécula a representação da nuvem de elétrons de uma determinada molécula é possível através das estruturas de ressonância várias representações que caracterizam uma única molécula mostrando como a nuvem de densidade eletrônica se distribui na molécula IEDA SONEHARA 15 Klein D Química Orgânica Uma aprendizagem baseada em solução de problemas 3ª ed v1 LTC 2012 RESSONÂNCIA 16 o que levar o híbrido de ressonância mostra que a carga positiva ou negativa se distribui entre dois ou mais locais carga deslocalizada o que lembrar as estruturas de ressonância são separadas por seta de duas pontas e colocadas entre colchetes para indicar que não são entidades separadas a deslocalização de carga é um fator de estabilização da molécula são representadas com auxílio de setas curvas IEDA SONEHARA AS SETAS CURVAS NA RESSONÂNCIA 17 o que levar as setas representam um movimento hipotético dos elétrons nunca se origina de ligação simples indicaria quebra da ligação o término posição final dos elétrons respeita o octeto para elementos da segunda linha da tabela periódica o que lembrar cauda mostra de onde os elétrons são provenientes ponta mostra destino dos elétrons Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS DE RESSONÂNCIA 18 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 3 19 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA CARGAS FORMAIS E RESSONÂNCIA 20 o que levar a carga formal deve ser a mesma em todas as estruturas de ressonância conservação de carga Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4A 21 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Importância relativa das estruturas de ressonância IEDA SONEHARA 22 o que levar as estruturas de ressonância significantes mais importantes são as que não possuem carga ou possuem carga mínima exceção grupo nitro átomos EN podem ter carga positiva apenas se possuem o octeto de elétrons evite representação onde dois átomos de C possuem cargas opostas Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 PRATICANDO 4B 23 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 4C 24 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância nucleofilicidade e eletrofilicidade 25 IEDA SONEHARA PRATICANDO 5 26 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA Ressonância e ataque nucleofílico o que levar o ataque nucleofílico pode ocorrer em qualquer um dos vários centros eletrofílicos da molécula resultando em mistura de produtos o que lembrar as estruturas de ressonância não representam estados independentes da molécula os centros eletrofílicos ou nucleofílicos existem simultaneamente na mesma molécula sendo resultantes da distribuição da carga entre dois ou mais átomos 27 IEDA SONEHARA RESUMINDO 28 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA UM DESAFIO 29 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA ÁCIDOS BASES BRØNSTEDLOWRY IEDA SONEHARA 30 o que levar transferências de prótons são importantes nos mecanismos de reações químicas ácidos não perdem prótons sem a ajuda de uma base o que lembrar ácidos fortes possuem bases conjugadas muito estáveis Fatores de estabilização de carga negativa átomo sobre o qual a carga se localiza considerar eletronegatividadetamanho ressonância efeito indutivo hibridação do orbital Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 GRUPO ABANDONADOR Grupo abandonador grupo de saída leaving group 31 o que levar o grupo abandonador sai levando os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de elétrons movimentação dos elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA C e H não são grupos abandonadores Requisitos de um Grupo Abandonador íons ou moléculas neutras que são deslocados de um reagente como parte da sequência de reação diminuem densidade eletrônica do C ao qual estão ligados C eletrofílico estabilizam carga negativa após expelidos bons grupos abandonadores formam íons estáveis ou moléculas neutras ao abandonarem o substrato bases conjugadas de ácidos fortes estabilização de carga negativa exceção Fluor pequeno volume pouco polarizável fluoreto possui baixa estabilidade Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA 32 PRATICANDO 6 Identifique o melhor grupo abandonador em cada um dos compostos abaixo 33 IEDA SONEHARA Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 1 Uma Revisão de Química Geral teoria exercícios seções 13 até 15 capítulo 2 Representações Moleculares teoria exercícios seções 24 até 211 capítulo 3 Ácidos e Bases teoria exercícios seções 31 até 38 34 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 1 Representação de estruturas em bastão teoria exercícios seções 15 e 16 capítulo 2 Ressonância teoria e exercícios seções 24 a 28 capítulo 3 Reações ÁcidoBase IEDA SONEHARA REAÇÕES QUÍMICAS E SEUS MECANISMOS Setas e padrões de setas Influências sobre mecanismos de reação 35 IEDA SONEHARA ETAPAS POSSÍVEIS EM UMA REAÇÃO QUÍMICA Ataque nucleofílico nucleófilo transfere elétrons para eletrófilo Transferência de prótons transferência de elétrons especificamente para um próton formando ligação Perda de grupo abandonador permite prosseguimento da reação ao retirar excesso de elétrons Rearranjo de carbocátion quando possível levando a carbocátion de maior estabilidade 36 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÕES DE SETAS CURVAS EM MECANISMOS 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 1 Ataque Nucleofílico caracterizado por nucleófilo atacando eletrófilo 38 o que levar a cauda é colocada no centro nucleofílico e a ponta é colocada no centro eletrofílico o que lembrar o ataque nucleofílico pode usar mais de uma seta curva a primeira seta indica o ataque e as demais indicam fluxo de elétrons para manter a regra do octeto semelhante à ressonância Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 2 Perda de Grupo Abandonador Grupo abandonador grupo de saída leaving group 39 o que levar o grupo abandonador leva os elétrons da ligação o que lembrar requer uma seta curva embora seja comum ver mais de uma seta curva sendo utilizada a última seta indica a saída do grupo abandonador as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica fluxo de elétrons que empurra o grupo abandonador Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 3 Transferência de próton Caracterizada por duas setas curvas 40 o que levar a primeira seta indica a transferência a segunda seta indica o que acontece com os elétrons que mantinham o próton o que lembrar para que uma substância perca um próton uma base deve estar envolvida mesmo que não seja representada às vezes podem ser usadas mais do que duas setas curvas as demais setas indicam o fluxo de densidade eletrônica para respeitar a regra do octeto Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PADRÃO 4 Rearranjo de Carbocátion migração de hidreto H ou migração de metila 41 o que levar carbocátions são estabilizados por grupos alquila vizinhos efeito I quanto mais grupos alquila vizinhos mais estáveis eles serão este tópico será detalhado no módulo de Substituição Nucleofílica reações de haletos de alquila Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 7 42 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8A Com base nas setas represente o intermediário de reação 43 IEDA SONEHARA PRATICANDO 8B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas represente os produtos ou intermediários que se formam de acordo com a setas apresentadas Não se esqueça das cargas formais IEDA SONEHARA 44 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 PRATICANDO 9A Complete os mecanismos adicionando as setas 45 IEDA SONEHARA PRATICANDO 9B Abaixo encontramse etapas individuais de reações enzimáticas Para cada uma delas desenhe as setas que mostram o movimento dos elétrons IEDA SONEHARA 46 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso A Etapa única ataque nucleofílico provoca a expulsão do grupo abandonador saída do GA necessária para permitir a formação da ligação sem violação da regra do octeto existe estado de transição nucleófilo em processo de formação de ligação com grupo abandonador em processo de quebra de ligação 47 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA VOET D VOET JG Bioquímica 4ª ed Artmed 2013 O exemplo da Substituição Nucleofílica Caso B Duas etapas dissociação do grupo abandonador com formação de carbocátion seguido de ataque nucleofílico existência de intermediário estável planar carbocátion pode haver rearranjo de carbocátion 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Impedimento estérico Substituição Nucleofílica quanto mais impedido o centro eletrofílico mais difícil mais lenta a reação Estabilidade do carbocátion Substituição Nucleofílica quanto mais estável o carbocátion maior a possibilidade de dissociação do grupo abandonador 49 Solomons TWG et al Química Orgânica 12ª ed v1 LTC 2018 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO EXEMPLOS Ressonância Adição eletrofílica em sistemas conjugados a presença de ressonância determina quais produtos podem ser formados Condições de reação x estabilidade do produto Adição eletrofílica em sistemas conjugados condições brandas favorecem o produto que possui o carbocátion mais estável condições mais drásticas favorecem o produto mais estável 50 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA O QUE INFLUENCIA MECANISMO DE REAÇÃO O caso da Substituição Nucleofílica Nucleófilos fortes e centro eletrofílico pouco impedido favorecem reação rápida em uma etapa mecanismo SN2 Em substratos quirais ocorre inversão de configuração 51 Nucleófilos fracos e centro eletrofílico impedido favorecem a dissociação lenta do grupo abandonador e reação em duas etapas mecanismo SN1 Em substrato quirais ocorre racemização McMurry J Química Orgânica v 1 trad 9ª ed Cengage 2016 Klein D Química Orgânica 2ª ed v1 LTC 2016 IEDA SONEHARA PARA TERMINAR AS DIFERENTES SETAS IEDA SONEHARA 52 Adaptado de DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry John Wiley Sons 2006 Leitura Consulta Prática KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2016 capítulo 6 Reatividade química e mecanimos teoria conceitos seções 67 até 612 exercícios seções 67 até 610 53 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 capítulo 8 Mecanismos teoria exercícios seções 81 até 84 IEDA SONEHARA REFERÊNCIAS CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed v1 Rio de Janeiro LTC 2016 KLEIN D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2017 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language First Semester Topics 6e Hoboken John Wiley Sons 2024 SODERBERG T Organic Chemistry with a Biological Emphasis Chemistry Publications University of Minnesota Morris Digutal Well 2019 v1 Disponível em httpsdigitalcommonsmorrisumneduchemfacpubs1 Acesso em 28062024 SOLOMONS TWG FRIHLE CB SNYDER SA Química Orgânica 12ª ed Rio de Janeiro LTC 2018 54 IEDA SONEHARA REAÇÕES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS Substituição Nucleofílica Acílica AdiçãoEliminação SUBSTITUIÇÃO ACÍLICA ADIÇÃOELIMINAÇÃO reações envolvendo carbonila de ácidos carboxílicos e derivados processo real adiçãoeliminação deve ser representado sempre com as etapas de adição e eliminação embora o resultado final possa ser visualizado como uma SN2 2 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REGRAS GERAIS regra de ouro após ataque à carbonila sempre procurar regenerar a carbonila porém nunca expelir H ou C 3 1 pode ser necessário uma etapa de transferência de próton no ínício do mecanismo antes do ataque do nucleófilo 2 etapas de transferência de próton podem ou não ser necessárias no meio do mecanismo após o ataque à carbonila porém antes de sua regeneração 3 uma etapa de transferência de próton pode ou não ser necessária ao final do mecanismo após a regeneração do grupo carbonílico Ieda Sonehara EXEMPLOS 4 não há necessidade de transferência de próton uma transferência única de próton necessária ao final do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 5 transferências de prótons necessárias em vários momentos do mecanismo Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO 6 o segundo ataque só é possível se houver possibilidade de regeneração da carbonila lembrar que não se pode expulsar H ou C Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara REATIVIDADE depende da natureza do grupo abandonador aumento da reatividade possível com reações em meio ácido reações de ácidos carboxílicos ésteres e amidas aldeídos e cetonas não possuem grupo abandonador sofrem reações de adição 7 Composto Grupo Abandonador Reativos bons grupos abandonadores Haletos de Acila Cl Br Tioácidos HS Tioésteres RS anidridos RCOO Moderadamente reativos bons grupos abandonadores por protonação Ácidos H2O HO Ésteres ROH RO Amidas NH3 NH2 RNH2 R2NH Nãoreativos grupo abandonador pobre aldeídos H cetonas R Reatividade Ieda Sonehara HALETOS DE ACILA 8 HALETOS DE ACILA mais reativos entre os derivados de ácido possuem os grupos abandonadores mais estáveis possível preparação de todos os derivados de ácidos carboxílicos a partir de haletos de acila Síntese de haletos de acila reação de ácido carboxílico com cloreto de tionila SOCl2 transforma OH em excelente grupo abandonador fonte de íons cloreto para ataque à carbonila obtenção de cloreto de acila 9 Ieda Sonehara CLORETO DE ACILA SÍNTESE 10 gás naturalmente perdido do meio reacional deslocamento da reação Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara REAÇÕES DE HALETOS DE ACILA 11 py piridina base ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona dialquilcupratos de lítio são nucleófilos de C menos reativos que reagentes de Grignard não reagem com cetonas Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 MECANISMOS HIDRÓLISE formação de ácido carboxílico hidrólise de haletos de ácido piridina py sequestrante de HCl impedindo sua participação em reações secundárias 12 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS FORMAÇÃO DE ÉSTER AMIDA formação de éster e amida piridina sequestrante de próton 13 uso de excesso de amina Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Vol 2 3ª ed LTC 2017 Ieda Sonehara MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários redução de haletos de ácido formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 14 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica 15 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 1 Proponha mecanismos para as reações 16 Ieda Sonehara ANIDRIDOS DE ÁCIDO 17 ANIDRIDOS DE ÁCIDO quase tão reativos quanto haletos de acila reações similares às dos haletos de acila grupo abandonador carboxilato estabilizado por ressonância Síntese de anidridos preparados por reação de ácido carboxílico e haleto de acila uso de piridina como sequestrante de HCl não necessário se houver uso de sal de ácido carboxílico íon carboxilato 18 estabilizado por ressonância Ieda Sonehara REAÇÕES DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO 19 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário cetona Ieda Sonehara Adaptado de Klein D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th John Wiley Sons 2016 EXEMPLO SÍNTESE DE FÁRMACOS ASPIRINA PARACETAMOL 20 Ieda Sonehara Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 PRATICANDO 2 Preveja os produtos principais das seguintes reações 21 Ieda Sonehara ÉSTERES 22 ÉSTERES menos reativos que haletos de acila e anidridos Síntese de ésteres a partir de derivados de ácido mais reativos que ésteres haleto de ácido em presença de piridina anidrido de ácido a partir de ácido carboxílico reação com 1 SOCl2 formação de haleto e 2 álcool reação com álcoois em uma etapa em presença de ácido catalisador equilíbrio de reação desfavorável necessidade de remoção de água ou uso de excesso de um dos reagentes 23 Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ÁCIDO CARBOXÍLICO reação de ácidos carboxílicos com álcoois em presença de catalisador ácido esterificação de Fisher início com protonação da carbonila aumento de reatividade aumento de eletrofilicidade da carbonila 24 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE HALETOS DE ACILA reação de haletos de acila com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 25 síntese de éster a partir de cloreto de acila ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE ANIDRIDOS DE ÁCIDO reação de anidridos com álcool maior reatividade melhor grupo abandonador 26 síntese de éster a partir de anidrido ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara SÍNTESE DE ÉSTERES A PARTIR DE OUTROS ÉSTERES transesterificação reação de éster com excesso de álcool possível catálise ácida ou básica 27 síntese de éster por transesterificação ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara TRANSESTERIFICAÇÃO MECANISMO DE AÇÃO DO AAS reação de transesterificação entre ácido acetilsalicílico Aspirina e resíduo de aminoácido presente no sítio catalítico da enzima ciclooxigenase levando à inibição enzimática 28 Ieda Sonehara REAÇÕES DE ÉSTERES 29 ácido carboxílico éster amida álcool primário álcool terciário Ieda Sonehara MECANISMOS HIDRÓLISE todos os derivados de ácidos carboxílicos hidrolisam ao ácido carboxílico por ação da água como nucleófilo haletos de alquila e anidridos hidrólise rápida ésteres e amidas hidrólise lenta normalmente necessitando de catálise ácida ou básica hidrólise de ésteres em condições ácidas reverso da reação de esterificação de Fischer hidrólise de ésteres em condições básicas saponificação 30 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES CATÁLISE ÁCIDA 31 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE I 1ª etapa pode ser entendida como transesterificação com perda de álcool colina resulta em enzima acilada esterificada e inativa 32 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO AÇÃO DE ACETILCOLINESTERASE II 2ª etapa hidrólise do éster com saída de ácido carboxílico ác acético regeneração da enzima 33 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara FÁRMACO INIBIDOR DE ACETILCOLINESTERASE fisostigmina utilizado em tratamento de glaucoma e doença de Alzheimer 34 PATRICK G An Introduction to Medicinal Chemistry 6th ed Oxford 2017 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE ÉSTERES HIDRÓLISE BÁSICA SAPONIFICAÇÃO nucleófilo hidróxido reação irreversível formação de ânion carboxilato ao final não há catalisador base é reagente após término da reação é necessário adição de ácido diluído para isolar o ácido carboxílico 35 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO SABÃO Sabão dissolução de óleo em água através da formação de micelas Ieda Sonehara 36 produção de sabão a partir de gorduras e óleos triacilgliceróis por hidrólise básica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 MECANISMOS REDUÇÃO formação de álcoois secundários formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica HAL LAH fonte de hidreto 37 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara MECANISMOS REAGENTES DE GRIGNARD 38 formação de álcoois terciários reação com reagentes de Grignard formação de cetona após primeiro ataque sofre novo ataque adição nucleofílica Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 3 Proponha mecanismos para as reações 39 Ieda Sonehara AMIDAS E NITRILAS AMIDAS dentre os derivados de ácido carboxílico são as menos reativas sintetizadas a partir de haletos de acila anidridos de ácidos e ésteres reação de amônia aminas primárias e amidas secundárias com derivados de ácidos carboxílicos necessidade de remoção de próton do nucleófilo de nitrogênio no decorrer da reação não ocorre com aminas terciárias reação com ácido carboxílico formação de sal entre ácido e amina ataque nucleofílico possível somente com aquecimento do sal de amônio 41 Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE HALETOS DE ACILA necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 42 síntese de amida a partir de cloreto de acila Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ANIDRIDOS necessidade de excesso de amina consumo de amina pelo ácido formado pelo grupo abandonador grupo abandonador base conjugada X forma ácido por protonação durante a reação HX reagindo com a amina formação de sal 43 síntese de amida a partir de anidrido Ieda Sonehara SÍNTESE DE AMIDAS A PARTIR DE ÉSTERES dois possíveis grupos abandonadores alcóxido ou amina saída de amina melhor grupo abandonador não leva a progresso da reação eventualmente ocorre saída de alcóxido 44 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara DESAFIO Represente um mecanismo plausível para a reação abaixo 45 Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS HIDRÓLISE amidas sofrem hidrólise ácida ou básica mais lenta em relação a ésteres menor reatividade da carbonila ao ataque nucleofílico amida nãobásica ressonância do par de elétrons livre do N com a carbonila hidrólise ácida ataque nucleofílico da água sobre a carbonila protonada hidrólise básica segue mesmo mecanismo dos ésteres necessita condições vigorosas 46 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE ÁCIDA 47 Bruice PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São PauloPearson 2014 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE AMIDAS CATÁLISE BÁSICA 48 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara EXEMPLO BIOLÓGICO HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE PENICILINAS INATIVAÇÃO 49 ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA ATAQUE À CARBONILA REGENERAÇÃO DA CARBONILA Ieda Sonehara REAÇÕES DE AMIDAS REDUÇÃO amidas comportamse de forma diferenciada redução da carbonila a grupo metileno com retenção do grupo amínico presença de grupos abandonadores mais eficientes que amida formação de íon imínio reduzido a amina secundária 50 Klein D Química Orgânica Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas 3ª ed v2 LTC 2017 Ieda Sonehara NITRILAS síntese de nitrilas reação de haleto de alquila com cianeto reação SN2 ocorre com haletos primários e secundários hidratação de nitrilas resulta em amidas condições ácidas ou básicas há ataque à carbonila porém não há necessidade de saída de grupo abandonador regeneração de carbonila ocorre por transferência de prótons 51 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO ÁCIDO 52 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara HIDRÓLISE DE NITRILAS MEIO BÁSICO 53 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 4 Proponha mecanismos para as reações abaixo 54 Ieda Sonehara PRATICANDO 5 Preveja os produtos das reações abaixo 55 Ieda Sonehara PRATICANDO 6 1 Qual o produto principal de cada uma das reações abaixo 56 2 Complete as reações abaixo com os reagentes necessários Ieda Sonehara PRATICANDO 7 57 Klein D Química Orgânica 2ª ed v2 Rio de Janeiro LTC 2016 Ieda Sonehara PRATICANDO 8 Proponha sínteses eficientes para cada uma das transformações abaixo 58 Ieda Sonehara REFERÊNCIAS BRUICE PY Fundamentos de Química Orgânica 2ª ed São Paulo Pearson 2014 BRUICE P Y Organic Chemistry 4th ed PrenticeHall 2003 CHALONER P Organic Chemistry a mechanistic approach Boca Raton CRC Press 2015 DEWICK PM Essentials of Organic Chemistry Chichester John Wiley Sons 2006 KLEIN D Organic Chemistry as a Second Language Second Semester Topics 4th ed Chichester John Wiley Sons 2016 KLEIN D Química Orgânica 2ª ed Rio de Janeiro GenLTC 2016 v 2 59 Ieda Sonehara